식물인지

Plant cognition

식물 인지학 또는 식물 지노소생리학은[1] 식물의 정신적 능력에 대한 학문이다.[2] 그것은 식물이 생존을 보장하기 위해 가장 적절한 결정을 선택하고 내리기 위해 주변의 자극에 반응하고 배울 수 있다는 생각을 탐구한다. 최근 몇 년 동안 식물의 인지적 성질에 대한 실험적인 증거들이 급속히 성장하여 식물이 감각과 인지력을 이용하여 환경에 대응할 수 있는 정도를 밝혀냈다.[3] 어떤 연구원들은 식물들이 동물의 신경계와 유사한 방법으로 정보를 처리한다고 주장한다.[4][5]

역사

식물에서의 인식에 대한 생각은 1800년대 후반 찰스 다윈이 아들 프란시스와 공동 저술한 <식물에서의 운동의 힘>이라는 책에서 처음 탐구했다. 그는 신경학적 은유를 사용하여 뿌리의 끝이 일부 하등 동물의 뇌처럼 작용한다고 제안하면서 식물 뿌리의 민감성을 묘사했다. 이것은 식물이 뇌도 신경도 가지고 있지 않지만 다음 움직임을[6] 결정하기 위해 감각에 반응하는 것을 포함한다.

이 신경학적 은유가 정확한지, 보다 일반적으로 신경과학 용어와 개념을 식물에 현대적으로 적용하는 것이 적절한지에 관계없이, 식물의 뿌리끝이 '뇌와 같은' 기관으로 기능한다는 다윈의 사상은 식물에서 지속적인 부흥을 경험했다(일명칭 '뿌리뇌 가설'과 함께). 생리학의[7]

식물의 "신경생물학"은 식물의 생리학적 연구에 초점을 맞추고 있는 반면, 현대 식물의 인식은 주로 행동/생태학적 접근법을 적용한다. 오늘날 식물인식은 지각, 학습과정, 기억, 의식 등 식물의 인지능력을 실험적으로 시험하는 연구분야로 떠오르고 있다.[8] 이 틀은 전통적으로 동물과 식물 사이의 경계를 재정의하면서 우리가 식물을 인식하는 방식에 상당한 영향을 미친다.[9]

종류들

식물인식에 대한 연구는 식물이 자극, 통합, 반응 시스템만으로 환경에 대해 배우고 적응할 수 있다는 생각에서 비롯된다. 식물이 실제로 뇌와 의식적으로 작동하는 신경계의 기능이 결여되어 있다는 것이 증명되었지만, 식물은 여전히 그들의 환경에 적응할 수 있고 궁극적으로 식물이 제시된 자극에 반응하기 위해 어떻게 "결정"하는가를 이끌어낼 통합 경로를 바꿀 수 있다.[10] 이것은 환경으로부터 종에 제시된 어떤 자극에도 능동적으로 적응할 수 있다고 정의되는 식물 지능의 문제를 제기한다.[11] 따라서 식물은 성장을 위해 태양을 마주보는 어린 해바라기 같은 환경적 자극을 감지하는 데 영리하다.

식물기억기

주요기사 : 식물기억

서부 오스트레일리아 대학의 진화 생물학 센터의 모니카 가글리아노가 수행한 연구에서 미모사 푸디카(민감한 식물)는 반복적으로 떨어지기 위해 거주 테스트를 받았다. 여러 방울을 떨어뜨린 끝에 결국 식물이 습관화돼 처음 떨어뜨렸을 때보다 잎이 더 빨리 열리는 것으로 나타났다.[12] 이 식물 행동의 메커니즘은 여전히 완전히 이해되지 않지만, 칼슘 통로 내의 유동성의 변화와 강하게 연결되어 있다.[13]

식물의 단기 "기억"의 또 다른 예는 금성 플라이트랩에서 발견되는데, 플라이트랩은 서로 20초 이내에 적어도 두 개의 덫 털이 접촉될 때만 급속한 폐쇄가 촉발된다. 이러한 현상이 어떻게 발생하는지를 설명하는 하나의 가설은 발전소의 전기 신호 전달에 의한 것이다. 하나의 트랩 털(메커니즘 수용기)이 트리거되면, 하위 트랩 잠재력에 도달한다. 두 개의 트랩 털이 트리거되면 임계값에 도달하여 트랩을 닫는 동작 전위를 생성한다.[citation needed]

연상학

2016년 모니카 가글리아노(Monica Gagliano)가 이끄는 연구팀은 식물이 환경에서 예측된 사건에 반응하는 법을 배우는지 여부를 시험하기 위해 나섰다. 연구는 식물이 한 사건의 발생과 다른 사건에 대한 기대(즉, 파블로프식 학습) 사이의 연관성을 배울 수 있다는 것을 증명했다.[14] 식물에서 연상 학습을 실험적으로 입증함으로써, 이 발견은 인지 연구의 적절한 주제로서 자격을 갖춘 식물을 찾아낸다.[14] 이 연구에서 완두콩 식물은 두 가지 다른 자극에 노출되었고 식물들이 한 종류의 자극과 다른 자극을 연관시킬 수 있는 능력을 가지고 있다는 가설을 세웠다. 이러한 자극 중 하나는 완두콩 식물을 바람 + 빛에 노출시키고 다른 식물은 훈련 단계를 위해 빛 없이 바람에 노출되는 것이었다. 일단 실험 단계에 들어서면, 식물들은 완두콩 식물이 나타내는 반응을 관찰하기 위해 풍력 자극에만 노출되었다.

실험이 끝날 무렵, 바람에 노출된 완두콩 식물은 바람의 존재와 바람을 연관시키기 위해 "배웠다"고 하여, 풍력 자극을 향한 성장을 보였다. 반면 빛 없이 바람에 노출된 완두콩 식물은 풍력 자극에서 벗어나 성장을 보였다. 비록 이것이 발전소 내의 광수용체와 통합되는 기계수용체와 관련이 있을 수 있다는 가설이 있지만, 이러한 행동의 메커니즘은 완전히 이해되지는 않는다. 이것은 왜 비광원이 광수용체를 위해 일반적으로 예약된 훈련된 완두콩 식물에서 성장 반응을 유발하는지를 설명한다.[15]

2020년에 발표된 표본 크기가 더 큰 복제 연구는 완두콩 식물에서 연관성 학습의 증거를 찾지 못했다.[16] 그러나, 그것은 또한 빛이 조건 없는 자극으로서 효과적으로 기능했다는 발견을 복제하는 데 실패했다. 이 연구에서 완두콩 식물은 이전에 제시된 빛에 대한 신뢰할 수 있는 방향 성장 반응보다는 약간의 경향만을 보였다. 복제된 실험 설정은 더 높은 수준의 주변 환경과 반사된 빛이 존재한다는 점에서 원본과 다르며, 이는 무작위적인 방향 성장이 어느 정도 이루어지며 복제를 방해할 수 있다. [17]

추가 연구

2003년 앤서니 트레와바스는 뿌리가 서로 어떻게 상호작용을 하고 그들의 신호 전달 방법을 연구하기 위한 연구를 주도했다. 그는 발달 변화에 영향을 미치는 식물의 수압 신호와 근육의 반응을 일으키는 신경망의 신호 변환 사이에 유사점을 그릴 수 있었다.[18] 특히 식물이 수압에 시달릴 때는 발달에 따른 압시산 의존적, 독립적 효과가 있다.[19] 이것은 환경적 스트레스에 기초하여 식물 의사결정의 가능성을 더 밝게 한다. 다중 화학적 상호작용의 통합은 이러한 뿌리 시스템의 복잡성을 증명한다.[20]

2012년 파코 칼보 가르손과 프레드 케이저는 식물이 (1) 작용 전위 (2) 신경전달물질, (3) 시냅스에 해당하는 구조물을 전시했다고 추측했다. 또한, 그들은 식물 활동의 상당 부분이 지하에서 일어나고 있으며, '뿌리 뇌'라는 개념은 1880년 찰스 다윈에 의해 처음 계도되었다고 말했다. 자유 운동이 반드시 인식의 기준이 되는 것은 아니었다. 저자들은 생명체에게 최소한의 인식이라는 다섯 가지 조건을 제시했고, '식물들은 많은 동물들과 심지어 박테리아에도 적용되는 최소한의 구현된 감각으로 인지한다'[21]고 결론지었다. 2017년 버밍엄대 생물학자들은 휴면 중인 아라비독시스 씨앗의 뿌리 끝에서 '결단결정센터'를 발견했다고 발표했다.[22]

2014년 앤서니 트레와바스는 곤충 떼의 행동을 반영하는 식민지 조직적 기술을 통해 식물의 인지능력을 부각시킨 '식물 행동과 지능'이라는 책을 출간했다.[23] 이러한 조직력은 발전소가 생존가능성을 개선하기 위해 주변과 상호작용하는 능력과 외부요인을 식별하는 발전소의 능력을 반영한다. 식물이 공간인식을 최소한으로 인식하고 있다는 증거는 이웃 식물에 대한 뿌리배분에서 볼 수 있다.[24] 이러한 뿌리의 조직은 식물의 뿌리끝에서 비롯되는 것으로 밝혀졌다.[25]

반면, 크래쉬 박사와 그의 동료들은 리뷰에서 식물 기억력에 대한 다른 관점을 제안했다: 식물 기억은 반복적이고 예측 가능한 스트레스 하에서 유리할 수 있다. 그러나, 스트레스 짧은 기간을 재설정하거나 잊어버리는 것이 바람직한 상태가 돌아오자마자 식물이 자라는 데 더 유익할 수 있다. [26]

아피피(2018년)는 식물 학습을 이해하는 한 방법으로 목표 기반 행동을 환경적 우발성에 맞춰 조정하는 방법을 검토하기 위한 경험적 접근법을 제안했다.[27] 이 저자에 따르면, 연상학습은 오직 그것이 원격으로 통합된 활동의 일부로 보여질 경우에만 지능을 증명할 것이라고 한다. 그렇지 않으면 기계론적 설명으로 전락할 수 있다.

라자 외 연구진(2020년)은 화분에 심은 프랑스 콩 식물이 정원 지팡이로 30센티미터씩을 심을 때 성장 패턴을 조절해 앞으로 지팡이를 보조 도구로 사용할 수 있도록 한다는 사실을 발견했다. 라자는 이후 "식물의 움직임이 주변 물체에 의해 통제되고 영향을 받는다면, 우리는 더 복잡한 (단순하지 않은) 행동에 대해 이야기하고 있다"고 말했다. 라자는 연구자들이 상응하는 인지 서명을 찾아야 한다고 제안했다.[28][29]

2017년 요코와 외 연구진은 마취제에 노출되면 다수의 식물들이 자율과 촉감에 의한 움직임을 모두 상실한다는 사실을 발견했다. 비너스 플라이트랩은 더 이상 전기적 신호를 발생시키지 않으며 방아 털이 닿았을 때 트랩이 열린 상태로 유지되며 자라나는 완두콩 힘줄은 자율적인 움직임을 멈추고 웅크린 형태로 고정되었다.[30]

비판

식물인식에 대한 생각은 논란의 원천이다.

아마데오 알피와 35명의 다른 과학자들은 2007년에 "식물 신경생물학: 식물 과학의 경향에 있어서 뇌도 없고, 얻는 것도 없다?"[31] 이 글에서 그들은 식물에 뉴런이 존재한다는 증거가 없기 때문에 식물 신경생물학과 인식에 대한 관념은 근거가 없으므로 재정의할 필요가 있다고 주장한다. 이 기사에 대응하여 프란시스코 칼보 가르손은 '식물 신호와 행동'에 관한 기사를 실었다.[32] 그는 식물이 동물처럼 "네우론"을 가지고 있지 않지만, 그들은 세포로 구성된 정보처리 시스템을 가지고 있다고 말한다. 그는 이 시스템이 식물의 인지 능력을 논하는 근거로 사용될 수 있다고 주장한다.

참고 항목

참조

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