植物の認知

植物認知学または植物グノソ生理学^[1]は、植物の学習と記憶を研究する学問であり、生存を確実にするために最も適切な選択と決定を行うために、内的および外的刺激を検知し、反応し、学習する能力があるのは動物だけではないという考えを探求しています。近年、植物の認知的性質に関する実験的証拠が急速に増え、植物が感覚と認知を使用して環境に反応できる範囲が明らかになりました。^{[2]一部の研究者は、植物は動物の}神経系と同様の方法で情報を処理すると主張しています。^{[3] [4]}植物に認知能力があるのか​​、それとも単に動く物体なのか、その意味については議論があります。

植物の認知能力という考え方は、チャールズ・ダーウィンが1800年代後半に息子のフランシスと共著した『植物の運動力』の中で初めて探求されました。彼は神経学的な比喩を用いて植物の根の感受性を説明し、根の先端が下等動物の脳のように機能すると提唱しました。これは、植物が脳も神経も持っていないにもかかわらず、  感覚に反応して次の動きを決定することを意味します^{[5] 。}

この神経学的な比喩が正しいかどうか、あるいはより一般的には神経科学の用語や概念を植物に現代的に応用することが適切であるかどうかに関わらず、植物の根の先端が「脳のような」器官として機能するというダーウィンの考え（いわゆる「根脳仮説」とともに）は、植物生理学において継続的に復活を遂げている。^[6]

植物の「神経生物学」は植物の生理学的研究に焦点を当てていますが、現代の植物認知は主に行動/生態学的アプローチを適用しています。今日、植物認知は、知覚、学習プロセス、記憶、意識を含む植物の認知能力を実験的にテストすることを目的とした研究分野として浮上しています。 [ ^7]この枠組みは、動物と植物の間に伝統的に保持されていた境界を再定義するため、私たちが植物を認識する方法に大きな影響を与えます。^[8]

植物の認知の研究は、植物は刺激、統合、および応答システムのみを使用して学習し、環境に適応できるという考えから生まれました。植物には確かに脳と意識のある神経系の機能が欠けていることが証明されていますが、植物は依然として何らかの形で環境に適応し、提示された刺激に対する反応を植物がどのように「決定」するかにつながる統合経路を変更することができます。^[9]これにより、環境から種に提示されるあらゆる刺激に積極的に適応できると定義される植物の知能の問題が生じます。^{[10] [検証に失敗]}そのため、植物は環境刺激を感知するのが巧みです。たとえば、成長のために太陽に向かう若いヒマワリなどです。

西オーストラリア大学進化生物学センターのモニカ・ガリアーノによる研究では、ミモザ・プディカ（敏感な植物）を繰り返し落下させることに慣れるかどうかをテストしました。複数回落下させた後、植物は最終的に慣れ、最初に落下したときに比べて葉がより早く開くことがわかりました。^{[11]この植物の行動のメカニズムはまだ完全には解明されていませんが、}カルシウムチャネル内のフラックスの変化と強く関連しています。^[12]

植物の短期「記憶」の別の例はハエトリグサに見られる。ハエトリグサは、少なくとも 2 本の捕虫毛が 20 秒以内に接触した場合にのみ、急速に閉じる。この現象の仕組みを説明する仮説の 1 つは、植物の電気信号によるものだ。捕虫毛 (機械受容器) が 1 本刺激されると、閾値以下の電位に達する。捕虫毛が 2 本刺激されると、閾値に達し、捕虫毛を閉じる活動電位が発生する。^{[引用が必要]}

2016年、モニカ・ガリアーノ率いる研究チームは、植物が環境内で予測される出来事に反応することを学ぶかどうかをテストすることに着手しました。この研究では、植物が1つの出来事の発生と別の出来事の予期との間の関連性を学習できることが実証されました（つまり、パブロフの学習）。^[13]植物における連合学習を実験的に実証することにより、この発見は植物を認知研究の適切な対象とみなす資格を与えました。^[13]この研究では、植物は1つのタイプの刺激を別の刺激と関連付ける能力を持っているという仮説が立てられました。この仮説をテストするために、エンドウ豆の植物を2つの異なる刺激にさらしました。トレーニング段階では、エンドウ豆の植物の1つのグループは風と光の両方にさらし、もう1つのグループの植物はコントロールとして光なしで風にさらしました。実験段階では、植物は風の刺激にのみさらされました。光なしで風にのみさらされたエンドウ豆の植物は、トレーニング段階と実験段階の両方で風から離れて成長しました。対照的に、訓練段階で風と光の両方にさらされたエンドウ豆の植物は、光が存在しない状態でも風刺激に対して成長を示し、風と光の間に学習された関連性が明らかになった。この反応のメカニズムは完全には解明されていないが、機械受容器と光受容器からの感覚入力が何らかの形で植物内に統合されているという仮説がある。これは、訓練されたエンドウ豆の植物で、通常は光受容器の活性化によってのみ引き起こされる成長反応が、光以外の刺激によって引き起こされる理由を説明しています。^[14]

2020年に発表された、より大規模なサンプルサイズによる再現研究では、エンドウ豆の植物における連合学習の証拠は見つかりませんでした。^[15]しかし、光が無条件刺激として効果的に機能するという発見も再現できませんでした。この研究のエンドウ豆の植物は、以前に与えられた光に対して信頼性の高い方向性成長反応ではなく、わずかな傾向を示しただけでした。再現された実験設定は、より高いレベルの周囲光と反射光が存在する点で元のものと異なり、方向性成長がいくらかランダム化され、再現が妨げられた可能性があります。^[16]

2003年、アンソニー・トレワヴァスは、根がどのように相互作用するかを調べ、そのシグナル伝達方法を研究する研究を主導しました。彼は、植物の発達変化に影響を与える水ストレスシグナルと、筋肉の反応を引き起こす神経ネットワークのシグナル伝達との間に類似点を見出すことができました。 ^[17]特に、植物が水ストレスを受けている場合、アブシジン酸は発達に依存的および非依存的な影響を与えます。^[18]これにより、環境ストレスに基づく植物の意思決定の可能性がさらに明らかになりました。複数の化学的相互作用の統合は、これらの根系の複雑さの証拠を示しています。^[19]

2012年、パコ・カルボ・ガルソンとフレッド・ケイザーは、植物が（1）活動電位、（2）神経伝達物質、（3）シナプスに相当する構造を示していると推測した。また、彼らは植物の活動の大部分は地下で行われ、「根の脳」という概念は1880年にチャールズ・ダーウィンによって初めて提唱されたと述べた。自由な動きは必ずしも認知の基準ではないと彼らは主張した。著者らは生物の最小限の認知の5つの条件を示し、「植物は多くの動物や細菌にも当てはまる最小限の具体化された意味で認知している」と結論付けた。^[3] 2017年、バーミンガム大学の生物学者は、休眠中のシロイヌナズナの種子の根の先端に「意思決定センター」を発見したと発表した。^[20]

2014年、アンソニー・トレワヴァスは「植物の行動と知性」という本を出版し、昆虫の群れの行動を反映したコロニー組織化スキルを通じて植物の認知能力を強調しました。^[21]この組織化スキルは、植物が周囲と相互作用して生存能力を向上させる能力と、外部要因を識別する能力を反映しています。植物の空間認識に関する最小限の認識の証拠は、近隣の植物に対する根の配置に見ることができます。^[22]これらの根の組織化は、植物の根の先端に由来することがわかっています。^[23]

一方、クリスプ博士と彼の同僚は、レビューの中で植物の記憶について別の見解を提唱しました。植物の記憶は、繰り返し起こる予測可能なストレス下では有利になる可能性がありますが、ストレスの短い期間をリセットするか忘れることは、望ましい状態が回復するとすぐに植物が成長するためにより有益である可能性があります。^[24]

アフィフィ（2018）は、植物の学習を理解する方法として、植物が目標ベースの行動を環境の偶発性に合わせて調整する方法を調査する実証的アプローチを提案した。^[25]この著者によると、連合学習は、目的論的に統合された活動の一部と見なされる場合にのみ知性を発揮します。そうでなければ、機械論的な説明 に還元される可能性があります。

ラジャら（2020）は、鉢植えのインゲンマメを庭の茎から30センチ離れたところに植えると、将来的に茎を支えとして使えるように成長パターンを調整することを発見した。ラジャは後に「植物の動きが周囲の物体によって制御され、影響を受けるのであれば、単純な反応ではなく、より複雑な行動について話していることになる」と述べた。ラジャは、研究者は対応する認知的特徴を探すべきだと提案した。^{[26] [27]}

2017年、横川和夫らは、麻酔薬にさらされると、多くの植物が自律運動と接触誘発運動の両方を失うことを発見した。ハエトリグサはもはや電気信号を発しなくなり、誘発毛に触れても罠は開いたままになり、成長中のエンドウの巻きひげは自律運動を停止し、丸まった形で動かなくなった。^[28]

植物の認知能力という考え方は論争の源となっている。

アマデオ・アルピと他の35人の科学者は、2007年にTrends in Plant Scienceに「植物神経生物学：脳がなければ何も得られない？」と題する論文を発表しました。^{[29]この論文では、植物に}ニューロンが存在するという証拠がないため、植物の神経生物学と認知という考えは根拠がなく、再定義する必要があると主張しています。 この記事に応えて、フランシスコ・カルボ・ガルソンはPlant Signaling and Behaviorに論文を発表しました。^[9]彼は、植物には動物のようなニューロンはないが、細胞で構成された情報処理システムを備えていると述べています。彼は、このシステムが植物の認知能力を議論するための基礎として使用できると主張しています。

• 動物の認知
• ボキラ・トリフォリオラタ
• 具体化された認知
• 植物の知覚（生理学）
• プラントイド
• ステファノ・マンクーゾ

• シュランガー、ゾーイ（2024年）。『光を食べる者たち：目に見えない植物の知性の世界が、地球上の生命に対する新たな理解をもたらす』ニューヨーク：ハーパー。ISBN 9780063073852. OCLC  1421933387. 2024年4月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2024年5月6日閲覧。
• Trewavas AJ (2014)。植物の行動と知性。オックスフォード：オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-953954-3. OCLC  890389682.