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不只動物,植物可能也具有學習能力?

文/林孟均|行政院農業委員會苗栗區農業改良場副研究員

我們常覺得植物是種沒腦的生物,它們無法思考,更別說是學習了。但真的是這樣嗎?

西澳大學(The University of Western Australia, UWA)的研究團隊發現植物可能也有學習力!植物受到訓練可以學習事件間的關聯,並透過觀察環境的變化,出現類似動物的記憶及覓食等行為,這項研究 2016 年發表於著名的《科學報導》(Scientific Reports)期刊,受到國際植物學家的關注。

小豌豆想多「吃」點光,就去找風吧!

光線是植物生存的要素之一,植物運用光行光合作用製造養分,因此光線被視為是植物的糧食,西澳大學副教授 Monica Gagliano 偕同牛津及蘇黎世大學研究人員組成的研究團隊,想要了解植物是否可以透過訓練學習,並對於光線出現「覓食」行為?

將豌豆栽培於 Y 型迷宮中,在訓練期間先以風扇吹拂一段時間後,再照藍光(植物所需的光),建立豌豆對於風吹與藍光的聯想學習;接著在測試階段,僅以風扇在 Y 型迷宮的某一端吹拂,受訓的豌豆就像知道該方向比較容易出現光源般,會在黑暗的迷宮中傾向朝有風扇吹拂的方向生長,而未受訓練的豌豆則不會對風扇有特殊的偏好行為。

研究團隊認為這種現象就像豌豆具有覓食的行為,能透過訓練來記憶並建立事件間的特定聯結,「聯想」並朝著可能有糧食的方向生長。

科學家發現豌豆能透過訓練來「聯想」並朝著可能有糧食的方向生長。圖/By qtree @ pixabay, CC0 Public Domain

研究團隊更進一步調整訓練時間,先建立植物的生理時鐘一段時間,接著在植物認定是白天或夜間的時間,分別進行藍光與風扇的聯結學習,發現植物的學習行為會受到生理時鐘影響,僅有在白天接受訓練的植物會有聯結學習力,出現朝向風吹方向生長的覓食行為,夜間受訓的豌豆均不會出現聯結學習反應。

掌握制約實驗,讓你稱霸動/植物界

Gagliano 教授表示,他們的研究靈感來自於著名的巴夫洛夫古典制約試驗[註 1],狗可以透過訓練建立食物及鈴聲的聯結關係,在聽到鈴聲就聯想到食物,並出現流口水的行為。而他們的研究也發現相似的結果,豌豆也會學習光線及風吹的關係,感受到風吹而出現覓食行為。

過去的研究指出植物朝向光線處生長的向光性現象,是受到植物賀爾蒙──生長素(auxin)含量高低影響細胞生長大小的被動變化,這項研究卻顛覆這項理論,植物可透過學習,主動出現促進光合作用的覓食行為。

Gagliano 教授表示,動物有大腦可以用來記憶或學習,植物則可能是利用類似神經網絡(neural networks)的組織來進行記憶及學習能力的建構。

過去的研究指出植物朝向光線處生長的向光性現象,是受到植物賀爾蒙-生長素含量高低影響細胞生長大小的被動變化,這項研究卻顛覆這項理論,植物可透過學習,主動出現促進光合作用的覓食行為。圖/By MacKhayman, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

有趣的是主導這項研究的 Gagliano 教授過去是研究熱帶魚生態的專家,或許是這個原因,讓研究團隊可以發現植物這個激似動物的學習力大發現!

Gagliano 也表示:植物學習力的發現,警示我們應該更加重視環境的破壞問題,因為這些破壞可能會加速植物朝著有利於生存的目標繁衍,並大大改變未來的環境生態樣貌,而植物是否有其他動物般的行為模式?也等著我們繼續深入的探索與發現!

  • 註 1:「巴夫洛夫古典制約試驗」:巴夫洛夫為俄羅斯生理學家,他觀察狗看到食物會分泌唾液,運用食物加上搖鈴聲來刺激狗分泌唾液,達到聯想學習訓練。爾後被訓練過的狗只要聽到搖鈴聲就會分泌唾液,對於狗的學習與記憶做出了詮釋,此項研究被視為古典制約理論的先驅。巴夫洛夫並在 1904 年因為對消化系統的研究得到諾貝爾醫學獎。

參考資料:

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