TED日本語 - ステファノ・マンクソー: 植物が持つ知性の根


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TED日本語 - ステファノ・マンクソー: 植物が持つ知性の根

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The roots of plant intelligence


Stefano Mancuso






Sometimes I go browsing [ through ] a very old magazine. I found this observation test about the story of the ark. And the artist that drew this observation test did some errors, had some mistakes -- there are more or less 12 mistakes. Some of them are very easy. There is a funnel, an aerial part, a lamp and clockwork key on the ark. Some of them are about the animals, the number. But there is a much more fundamental mistake in the overall story of the ark that's not reported here. And this problem is: where are the plants? So now we have God that is going to submerge Earth permanently or at least for a very long period, and no one is taking care of plants. Noah needed to take two of every kind of bird, of every kind of animal, of every kind of creature that moves, but no mention about plants. Why? In another part of the same story, all the living creatures are just the living creatures that came out from the ark, so birds, livestock and wild animals. Plants are not living creatures -- this is the point. That is a point that is not coming out from the Bible, but it's something that really accompanied humanity.

Let's have a look at this nice code that is coming from a Renaissance book. Here we have the description of the order of nature. It's a nice description because it's starting from left -- you have the stones -- immediately after the stones, the plants that are just able to live. We have the animals that are able to live and to sense, and on the top of the pyramid, there is the man. This is not the common man. The "Homo studiosus" -- the studying man. This is quite comforting for people like me -- I'm a professor -- this to be over there on the top of creation. But it's something completely wrong. You know very well about professors. But it's also wrong about plants, because plants are not just able to live; they are able to sense. They are much more sophisticated in sensing than animals. Just to give you an example, every single root apex is able to detect and to monitor concurrently and continuously at least 15 different chemical and physical parameters. And they also are able to show and to exhibit such a wonderful and complex behavior that can be described just with the term of intelligence. Well, but this is something -- this underestimation of plants is something that is always with us.

Let's have a look at this short movie now. We have David Attenborough. Now David Attenborough is really a plant lover; he did some of the most beautiful movies about plant behavior. Now, when he speaks about plants, everything is correct. When he speaks about animals, [ he ] tends to remove the fact that plants exist. The blue whale, the biggest creature that exists on the planet -- that is wrong, completely wrong. The blue whale, it's a dwarf if compared with the real biggest creature that exists on the planet -- that is, this wonderful, magnificent Sequoiadendron giganteum. (Applause) And this is a living organism that has a mass of at least 2,000 tons. Now, the story that plants are some low-level organisms has been formalized many times ago by Aristotle, that in "De Anima" -- that is a very influential book for the Western civilization -- wrote that the plants are on the edge between living and not living. They have just a kind of very low-level soul. It's called the vegetative soul, because they lack movement, and so they don't need to sense. Let's see.

Okay, some of the movements of the plants are very well-known. This is a very fast movement. This is a Dionaea, a Venus fly trap hunting snails -- sorry for the snail. This has been something that has been refused for centuries, despite the evidence. No one can say that the plants were able to eat an animal, because it was against the order of nature. But plants are also able to show a lot of movement. Some of them are very well known, like the flowering. It's just a question to use some techniques like the time lapse. Some of them are much more sophisticated. Look at this young bean that is moving to catch the light every time. And it's really so graceful; it's like a dancing angel. They are also able to play -- they are really playing. These are young sunflowers, and what they are doing can not be described with any other terms than playing. They are training themselves, as many young animals do, to the adult life where they will be called to track the sun all the day. They are able to respond to gravity, of course, so the shoots are growing against the vector of gravity and the roots toward the vector of gravity. But they are also able to sleep. This is one, Mimosa pudica. So during the night, they curl the leaves and reduce the movement, and during the day, you have the opening of the leaves -- there is much more movement. This is interesting because this sleeping machinery, it's perfectly conserved. It's the same in plants, in insects and in animals. And so if you need to study this sleeping problem, it's easy to study on plants, for example, than in animals and it's much more easy even ethically. It's a kind of vegetarian experimentation.

Plants are even able to communicate -- they are extraordinary communicators. They communicate with other plants. They are able to distinguish kin and non-kin. They communicate with plants of other species and they communicate with animals by producing chemical volatiles, for example, during the pollination. Now with the pollination, it's a very serious issue for plants, because they move the pollen from one flower to the other, yet they can not move from one flower to the other. So they need a vector -- and this vector, it's normally an animal. Many insects have been used by plants as vectors for the transport of the pollination, but not just insects; even birds, reptiles, and mammals like bats rats are normally used for the transportation of the pollen. This is a serious business. We have the plants that are giving to the animals a kind of sweet substance -- very energizing -- having in change this transportation of the pollen. But some plants are manipulating animals, like in the case of orchids that promise sex and nectar and give in change nothing for the transportation of the pollen.

Now, there is a big problem behind all this behavior that we have seen. How is it possible to do this without a brain? We need to wait until 1880, when this big man, Charles Darwin, publishes a wonderful, astonishing book that starts a revolution. The title is "The Power of Movement in Plants." No one was allowed to speak about movement in plants before Charles Darwin. In his book, assisted by his son, Francis -- who was the first professor of plant physiology in the world, in Cambridge -- they took into consideration every single movement for 500 pages. And in the last paragraph of the book, it's a kind of stylistic mark, because normally Charles Darwin stored, in the last paragraph of a book, the most important message. He wrote that, "It's hardly an exaggeration to say that the tip of the radical acts like the brain of one of the lower animals." This is not a metaphor. He wrote some very interesting letters to one of his friends who was J.D. Hooker, or at that time, president of the Royal Society, so the maximum scientific authority in Britain speaking about the brain in the plants.

Now, this is a root apex growing against a slope. So you can recognize this kind of movement, the same movement that worms, snakes and every animal that are moving on the ground without legs is able to display. And it's not an easy movement because, to have this kind of movement, you need to move different regions of the root and to synchronize these different regions without having a brain. So we studied the root apex and we found that there is a specific region that is here, depicted in blue -- that is called the "transition zone." And this region, it's a very small region -- it's less than one millimeter. And in this small region you have the highest consumption of oxygen in the plants and more important, you have these kinds of signals here. The signals that you are seeing here are action potential, are the same signals that the neurons of my brain, of our brain, use to exchange information. Now we know that a root apex has just a few hundred cells that show this kind of feature, but we know how big the root apparatus of a small plant, like a plant of rye. We have almost 14 million roots. We have 11 and a half million root apex and a total length of 600 or more kilometers and a very high surface area.

Now let's imagine that each single root apex is working in network with all the others. Here were have on the left, the Internet and on the right, the root apparatus. They work in the same way. They are a network of small computing machines, working in networks. And why are they so similar? Because they evolved for the same reason: to survive predation. They work in the same way. So you can remove 90 percent of the root apparatus and the plants [ continue ] to work. You can remove 90 percent of the Internet and it is [ continuing ] to work. So, a suggestion for the people working with networks: plants are able to give you good suggestions about how to evolve networks.

And another possibility is a technological possibility. Let's imagine that we can build robots and robots that are inspired by plants. Until now, the man was inspired just by man or the animals in producing a robot. We have the animaloid -- and the normal robots inspired by animals, insectoid, so on. We have the androids that are inspired by man. But why have we not any plantoid? Well, if you want to fly, it's good that you look at birds -- to be inspired by birds. But if you want to explore soils, or if you want to colonize new territory, to best thing that you can do is to be inspired by plants that are masters in doing this. We have another possibility we are working [ on ] in our lab, [ which ] is to build hybrids. It's much more easy to build hybrids. Hybrid means it's something that's half living and half machine. It's much more easy to work with plants than with animals. They have computing power, they have electrical signals. The connection with the machine is much more easy, much more even ethically possible. And these are three possibilities that we are working on to build hybrids, driven by algae or by the leaves at the end, by the most, most powerful parts of the plants, by the roots.

Well, thank you for your attention. And before I finish, I would like to reassure that no snails were harmed in making this presentation. Thank you.


時々とても古い雑誌を パラパラ見ます そこでノアの箱舟の話をもとにした 観察力のテストを見つけました このテストの絵を描いたアーティストは 間違いをいくつか盛り込んでいます 12個ぐらいの間違いがあり とても簡単なものもあります 煙突やアンテナやランプがあったり ゼンマイ仕掛けのネジがあります 動物やその数についての間違いもあります でもノアの箱舟の全体的なストーリーには ここには描かれていない もっと根本的な 間違いがあります 問題は「植物はどこだ?」ということです 神様がいて 永久に または 少なくともかなり長い間 地上を水に沈めようとしているのに 誰も植物のことを考えていないのです ノアはあらゆる種類の鳥 すべての種類の動物や動く生物の つがいを連れて行かねばなりませんでした でも植物に関しては何も記述がありません なぜか? 同じ物語の別の部分では 地上の生物は すべて箱舟からきた 生物であるとしています 鳥や家畜や野生動物のことです 植物は生物ではないわけです これが問題なのです これが聖書に記されていない 問題なのです でも植物は常に人類と 共にあったものです

ルネサンス時代の本に まとめられていた理論を見てみましょう 自然法則について 説明があります なかなか良い説明で左から 石があり 石のすぐあとに 命がある植物が続き 命があって感覚もある動物があり ピラミッドの頂点に 人間がいます これは一般的な人間ではなく 「ホモ・スチュージオス」つまり学識ある人間です 教授である私のような人間が 生物の頂点にいるのは とてもうれしいことです でもこれは全く間違っています 教授が頂点ということもそうですが 植物に関しても間違っているのです 植物は命があるだけでなく 感覚も持っているからです 動物よりももっと発達した 感覚を持っています 1つ例をあげると すべての根端は 少なくとも15種類の化学物質と 物理的要素を 同時にそして持続的に 感知して監視することができます 更に植物は複雑な 素晴らしい行動を示すことができます 「知性」と言えるものです それにしてもこのように 植物を過小評価することは 今までずっと私たちがしてきたことです

この短い映画を観てみましょう デイビッド・アッテンボローです アッテンボローは植物愛好家で 植物の特性に関する 非常に素晴らしい映画を作りました でも彼の植物の解説には 間違いはないのですが 動物の解説になると 植物が存在するという事実を 無視することが多いのです シロナガスクジラは地球上で 一番大きな生物である それは違います 全く違います シロナガスクジラは地球上に存在する 本当の最大の生物に比べたら 小人のようなものです 一番大きいのはこの素晴らしい 壮大なセコイヤデンドロンです (拍手) これは質量が少なくとも 2,000トンにもなる生物です さて 植物が低レベルな 生物だという話は だいぶ前にアリストテレスによって まとめられています 「デ・アニマ」は 西洋文明に非常に影響を与えた本です この本は植物を命のあるものと ないものの境目に位置づけています 低レベルな魂があるだけのものとしています 植物魂と言いますが 動くことがないため 感覚が必要ないとしています そうでしょうか?

植物の動きにはよく知られているものもあります これは早送りした映像です これはハエトリグサ 別名ハエジゴクが ナメクジを捕らえているところです ナメクジには気の毒ですが これは何世紀にも渡って否定されてきています 証拠があるにもかかわらずです 誰も植物は動物を食べることができると言えませんでした 自然の法則に反していたからです でも植物はたくさんの 動きを見せることもできます よく知られているのは開花などです 低速度撮影のような技術の利用が 必要というだけです もっと精巧な動きもあります この豆の芽が光を受けようと 常に動いているのを見てください 非常に優雅です 天使が踊っているようです 植物は遊ぶこともできます これは本当に遊んでいる様子です これらはヒマワリの芽ですが この動きは 遊んでいるとしか言えない 動きです 動物の子供がよくやるように 大人になるための 練習をしているのです 大きくなったヒマワリは一日中 太陽を追うことになるからです 植物は重力に対応することも当然できます つまり発芽すると 重力の向きに反して育ち 根は重力に向かって伸びるのです 植物は眠ることもできます これはオジギソウです 夜の間は 葉をまるめて 動きを減らしています 日中は葉が開いていて もっと活動的になっています これは興味深いことです こうして眠っている個体は しっかりエネルギー節約しています これは植物でも昆虫でも 動物でも同じです ですから睡眠の問題を研究したい場合 例えば植物で研究すると 動物よりもやり易いです 倫理的には更に楽になります ベジタリアン実験と いうわけです

植物はコミュニケーションすることもできます コミュニケーションに長けているのです 植物は他の植物とやり取りをし 同類かそうでないか区別することができます 植物は他の植物や 異種 そして 動物ともやり取りしますが 揮発性化学物質を生成して行います 例えば受粉のときなどそうです 受粉は植物にとって重要な問題です 花粉を花から花へと運ぶ際 自分は動くことが出来ないからです そこで媒介生物が必要となり この媒介生物は 通常動物です 多くの昆虫が 媒介生物として植物に利用され 花粉を運んでいます 昆虫だけでなく 鳥や爬虫類 コウモリやネズミのような哺乳類までが 花粉を運ぶため普通に利用されています これは重要な仕事です 植物によっては動物に 糖分の一種で エネルギー源になるものを 花粉を運ぶ代わりに提供するものもあります でも植物によっては動物を巧みに扱うものもあり この蘭のように セックスと蜜を期待させるだけで 花粉を運ぶ代償を 何も払わないものもあります

さて 私たちが見てきたこのような習性を考えると 大きな問題があります 脳がないのにどうしてこのようなことができるのか? この疑問に対する答えは1880年に 偉大な チャールズ・ダーウィンが 革命的で素晴らしい驚きの本を 発表するまで待つことになります 「植物の運動力」という題名です チャールズ・ダーウィン以前は 誰も 植物の動きについて述べられませんでした この本の中でダーウィンは ケンブリッジで世界初の植物生理学の 教授となった息子のフランシスに手伝ってもらって 植物のありとあらゆる動きを考察し 500ページにまとめました そしてこの本の最後の段落で 最も重要なポイントを 最後の段落に記すのが ダーウィンのやり方で 彼の本の特徴なのですが ここにダーウィンは 「幼根の先端が 下等動物の脳のような 働きをしていると言っても 過言でない」と述べています これは比喩ではありません ダーウィンは友人の一人で 当時英国王立協会の会長として英国最大の科学的権威者であった J.D.フッカー宛てに 植物の脳について語った とても興味深い手紙を書いています

さて これは斜面を上って 伸びている根端です このような動きは見覚えあると思いますが ミミズや蛇など 地上を足なしで動く すべての動物が見せる動きと 同じです これは簡単な動きではありません このような動きをするには 根の様々な部位を動かす必要があり 脳がなくても これらの別々の部位を 同時に動かさなくてはなりません そこで私たちは根端について研究し 特定の場所があることを見つけました ここです 青で示されている部分です 移行領域と呼びましょう この部位は非常に小さく 1ミリ以下です そしてこの小さな領域で この植物の最も高い 酸素消費量が見られます 更に重要なのは このような種類の信号があることです みなさんが見ているこれらの信号は活動電位で 私たちの脳のニューロンが 情報交換をするのに使用する信号と 同じものです 根端には数百もの このような機能を持つ 細胞があると 今では分かっていますが ライ麦のように小さな植物でも 大きな根端があることも分かっています 140万本にも及ぶ 根があり 115万の根端が あります 合計600キロ以上の長さとなり 非常に大きい表面積となります

ここで一つ一つの根端が 他の根端とともに ネットワークを作っていると考えてください こちら左にあるのはインターネットで 右にあるのは根の組織です 両方同じように機能しています これらは小さなコンピュータが ネットワークを形成して 動いているようなものです でもなぜこのように似ているのか? それは両方が同じ 理由で進化したからです 捕食に耐えるためです 両方同じような働きをします 90%の根の組織を取り除いても 植物は生き残ることができ 90%の接続が切れても インターネットは存続できます ですからネットワークの 研究者たちに勧めたいのは ネットワークをいかに進化させるかについて 植物は良いアイデアを 示唆できるということです

そして別の可能性として 工学的可能性が挙げられます 想像してみてください 植物からアイデアを得た ロボットを作れるとします 今までは 人は人間や動物からのみ ヒントを得て ロボットを制作していました 動物をもとにした普通のロボット 人造動物があり また人造昆虫などもあります 人間にヒントを得た 人造人間もあります ではどうして人造植物はないのか? 飛びたい場合は 鳥を参考にして 鳥からヒントを得るといいですね でも土壌の研究や 新しい土地を 開拓したい場合 一番いいのはそのようなことに長けている 植物からアイデアを得ることです 別の可能性として 私の研究室で行っているのは ハイブリッドを作ることです ロボットより作るのがもっと簡単です ハイブリッドというのは 半分生物で半分機械のものです この場合植物を扱う方が 動物よりもずっと簡単です 植物には計算能力があり 電気信号もあります 機械との接続もずっと簡単で 倫理的にももっと叶っています 藻類でできたもの 葉の先端で動くもの そして 植物の最も力のある部分である 根で動くもの この3つがハイブリッドを作るうえで 私たちが取り組んでいる 可能性です

ご清聴ありがとうございました 最後に このプレゼンテーションの作成において ナメクジに危害を与えていないことを 保証します ありがとうございました


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