«Насилия и войн было бы меньше, если бы мы, как растения, могли чувствовать чужую боль»

Почему по сравнению с растениями человек — примитивнейшее существо? Объясняет биохимик

В начале года на «Смоле» вышел обзор исследований в области растительной нейробиологии. Согласно выводам некоторых ученых, способности и механизмы восприятия растений на удивление схожи с нашими: они слышат, видят и чувствуют прикосновения, запоминают информацию и обучаются, накапливают опыт и реагируют на внешние обстоятельства. Некоторые предлагают искать у растений нервную систему, мозг и даже зачатки разума, ведь это поможет нам избавиться от «зеленой слепоты» — склонности людей не замечать и недооценивать растительный мир.

Однако многие биологи не готовы очеловечивать растения. Они уверены, что попытка подогнать других живых существ под наши стандарты «разумности» — это очередное проявление шовинизма и чувства собственной исключительности, присущих человеку.

Один из таких ученых — Георгий Куракин, биохимик, популяризатор науки, член британского Королевского биологического общества (The Royal Society of Biology) и участник фестиваля «Ученые против мифов». При помощи биоинформатики Георгий изучает эволюцию многоклеточности и взаимоотношений живых организмов с патогенами. Сегодня основная тема его исследований — механизм оксилипиновой сигнализации, общий для животных, растений, грибов и даже бактерий.

«Смола» поговорила с Георгием Куракиным о том, как растительные оксилипины помогли бы людям усилить эмпатию, какие еще биологические механизмы роднят нас с миром растений и чем мы отличаемся. А главное — почему растения, по его словам, «гораздо круче нас».

«В течение эволюции все обменивались генами со всеми»

— Чем для вас как для биохимика растения принципиально отличаются от животных? Почему вам кажется некорректным искать аналоги разума у двух царств?

— Начну с того, что между нами есть общего. И растения, и животные — эукариоты. И все. То есть у растений и животных клетки устроены примерно по одному и тому же принципу. Но на этом сходство, в принципе, заканчивается.

— А как насчет того, что и те, и те многоклеточные?

— Многоклеточность — интересное явление. За всю историю жизни на Земле оно возникало много раз. По самой скромной оценке, не меньше 20 раз. Так вот, растения и человек относятся к двум независимым попыткам обрести многоклеточность — и обе увенчались успехом. То есть растения и наши предки независимо друг от друга изобретали свою многоклеточность и решения для ее организации.

— Чем отличаются наши способы быть многоклеточными?

— Многоклеточность делится на агрегативную и клональную. Агрегативная — это когда организм собирается из исходно свободноживущих клеток, у которых может быть разный генофонд. Такой тип, например, у слизевика Dictyostelium discoideum или миксобактерий. А у нас и растений — клональный тип многоклеточности, то есть весь организм происходит от одной клетки и развивается в результате ее деления. Весь мой организм является клоном одной клетки-зиготы, и все мои клетки — потомки той клетки.

У нас с растениями один тип многоклеточности, но к нему мы тоже пришли независимо друг от друга. Растения пришли к тому типу клональной многоклеточности, который возникал не раз: это организм из неподвижных клеток, окруженных клеточной стенкой, и сам не способный к перемещению. Такое природа изобретала много раз, начиная с цианобактерий. А наш тип многоклеточности, похоже, возник всего один раз в истории живой природы.

Животные — самые необычные, самые «вычурные» многоклеточные организмы на всей Земле. Они сделаны из подвижных клеток, не окруженных клеточной стенкой, — и при этом клональные. Dictyostelium discoideum тоже состоит из подвижных клеток, но он же агрегативный! А собрать клональный организм из подвижных клеток и чтобы он сам бегал — такого природа больше никогда не придумывала.

— То есть вы не видите смысла искать у растений аналоги наших нейробиологических процессов, потому что мы изначально сформировались по разным стратегиям?

— Да, у нас совершенно разные способы собирать ткани и органы из клеток, да и само понятие тканей и органов мы изобретали независимо. Естественно, они у нас разные и приспособлены под разные задачи. Искать аналогии тут нужно очень осторожно.

— Пусть исходно мы собраны по-разному, но ведь мы живем на одной планете и приспосабливаемся к одним и тем же условиям: к длине светового дня, к составу воды, почвы и воздуха. Разве это не приводит к аналогичным способам существования и выживания?

— Способы выживания у нас как раз разные. Представьте, что вы сидите в теплом майском лесу и вас кусают комары. Что вы сделаете? Скорее всего, убежите в другое место или будете от них отмахиваться, то есть задействуете реакцию «бей или беги». Это наша стратегия выживания: если нас атакуют насекомые, мы можем предпринять какие-то активные действия. А теперь представьте, что вы сидите в том же лесу, и у вас нет возможность подвигаться — более того, вы неподвижны всю свою жизнь. А насекомые едят вас по-прежнему. Растение изначально собрано по другому принципу, поэтому неспособно бегать, и стратегия выживания у него совсем другая.

Действительно, так сложилось, что жизнь на планете Земля водно-углеродная, и развитие в похожих условиях диктовало похожую биохимию. Например, если вас все-таки укусило насекомое, в месте укуса у вас выделятся вещества липидной природы, которые вызовут реакцию: воспаление, зуд или боль (то же самое, если попала инфекция). Эти вещества являются подтипом более широкого класса веществ — оксилипинов. Когда растение кто-то поедает или когда в него вторгаются бактерии, у него тоже выделяются оксилипины, которые синтезируются по похожим путям и имеют похожее строение.

Но фокус в том, что у растений не бывает воспаления. Для воспаления нужны подвижные клетки-лейкоциты, а у растения не может быть подвижных клеток, потому что все его клетки, как я уже говорил, заключены в клеточную стенку. Поэтому растения отвечают на агрессию биохимически: выделяют всякие токсины и фитоалексины, убивающие бактерии или насекомое, которое это растение пожевало.

То есть если у нас стратегия «бей или беги», у растения стратегия скорее «отрави». Оно использует химическое оружие.

Тем не менее и у нас, и у растений реакция на повреждение запускается похожими веществами — оксилипинами, которые здесь выполняют сигнальную роль. И тут интересно, почему, будучи абсолютно разными, мы используем одни и те же средства межклеточной сигнализации. Сейчас это основная тема моих исследований. Я связываю это с тем, что химически наши клетки построены из одних и тех же веществ, которые мы унаследовали от последнего общего предка всех эукариот. Пока мое предположение заключается в том, что многие многоклеточные существа — от цианобактерий до человека — приходили к оксилипинам опять же независимо.

Почему именно к оксилипинам — это загадка. Могу предположить, что исходно клеточные мембраны построены из тех же полиненасыщенных жирных кислот, из которых формируются оксилипины, так что на роль сигнальных веществ можно было взять то, что есть в мембране клетки. Есть и другой вариант: если одно из царств уже изобрело хорошее биохимическое решение, почему бы не позаимствовать его горизонтальным переносом генов?

— Как выглядит горизонтальный перенос генов?

— Каждый раз по-разному. У бактерий это вообще легко. Они обмениваются генетической информацией через конъюгацию. У нас это выглядело бы так: девушка с темными волосами и карими глазами провела ночь со светловолосым голубоглазым юношей; наутро у юноши темные волосы, а у девушки — голубые глаза. К счастью, у людей этого нет, а то такое бы началось… У человека и у растений другой тип обмена генетической информацией — за счет полового размножения. А горизонтальный перенос генов у нас чаще всего происходит с помощью вирусов. Например, ретровирусы способны переносить генетический материал и встраиваться вместе с ним в состав клетки другого организма. Перенос генов также может произойти при поглощении чужой ДНК: например, растения в какой-то момент поглотили цианобактерии в качестве хлоропластов и могли получить их гены.

Здесь нужно понимать, что механическое попадание в вас ДНК из окружающей среды с последующим встраиванием в ваш геном крайне маловероятно. Любая чужеродная ДНК, попавшая в ваш организм, будет сразу расщеплена. Именно поэтому, поев морковку, вы не становитесь оранжевого цвета. Вы также можете быть абсолютно уверены, что завтра утром не обнаружите, что у вас зеленая кожа и вы можете фотосинтезировать, потому что ночью с герани на вашем окне выскочил вирус, заразил вас и принес вам гены фотосинтеза. Но в эволюционных масштабах немного другие законы: если у вас времени столько, сколько существует живой мир, рано или поздно такое может произойти. Возможно, между далекими предками растений и далекими предками животных происходил перенос генов.

— Получается, на протяжении эволюции два царства могли обмениваться полезными биохимическими механизмами?

— Да, они могли обмениваться генами. Например, и растения, и животные явно позаимствовали у кого-то ферменты синтеза оксилипинов горизонтальным переносом. Скорее всего, у каких-то бактерий, но это пока неясно. Вариантов масса. В течение эволюции все обменивались генами со всеми, там такой бардак творился! И до сих пор творится:

процесс продолжается, просто на протяжении нашей жизни мы этого, конечно, не заметим. Не будет такого, что вы выйдете из дома, а елка за вашим окном приобрела гены от тарантула и теперь плюется ядом. Но если подождать миллионы лет, такое вполне возможно.

Читайте также

Растительная слепота людей

Нейробиологи утверждают, что растения способны чувствовать, мыслить и общаться. Обзор исследований

«Растения способны синтезировать все, им это раз плюнуть»

— Давайте вернемся к сигнальным веществам. Сегодня некоторые нейробиологи сравнивают сигнальную систему растений с нервной организацией животных, ищут аналоги нейронов, нейромедиаторов и даже мозга. Почему вы не видите в этом смысла?

— Повторюсь: растения и животные совершенно по-разному делали себя многоклеточными, поэтому искать у растений аналоги наших тканей и органов — очень сомнительная идея. Мы же не ищем у них аналог мышц или щитовидной железы? Почему тогда надо искать аналог мозга или нейронов? Сегодня считается, что в процессе эволюции нервная ткань возникала всего два раза — у гребневиков (Ctenophora) и у всех остальных животных.

Гребневики используют немного другой набор нейромедиаторов, чем мы: в частности, у них нет дофамина, адреналина и норадреналина, которые мы широко используем. Относительно неизменным веществом остался глутамат. Кстати, его используют и растения, но не как нейромедиатор, а как сигнальное вещество. Видимо, это какое-то универсальное решение, вроде оксилипинов. Так вот, сам феномен нервной ткани, которая служит исключительно для передачи и обработки информации, возникал в природе всего дважды. Никаких подтверждений, что у растений тоже возникал феномен электровозбудимой сети, выделенной в отдельную ткань, нет.

— При этом растения чутко реагируют на внешние стимулы, демонстрируют способность запоминать, обучаться и решать проблемы на основе информации, которую воспринимают из окружающего мира. Можно ли назвать их разумными существами?

— Смотря что понимать под разумом. Все-таки обычно мы называем разумом некий набор черт, присущих человеку и высшим животным.

— Каких черт? Давайте их перечислим, чтобы понять, можно ли приписывать разумность другим существам.

— Прежде всего, это интеллектуальное поведение: способность находить решение задачи, которое не могло быть перенято или унаследовано. Проще говоря, способность мыслить. Говорить о разуме можно с того момента, когда обезьяна, которую никто этому не учил, взяла камень и разбила орех. Она не могла унаследовать такое поведение как рефлекс и не могла перенять его от родителей — те не использовали камни. Она это придумала. Наличие таких реакций связано с разумом.

Но, если следовать этому определению, окажется, что любое существо с адаптивным иммунитетом тоже разумно, ведь оно находит способ борьбы с новыми патогенами с помощью каких-то специфических антител, которых не было у родителей. Поэтому мы должны выставить другое ограничение:

разум связан либо с коммуникативными реакциями (с общением между представителями одного и того же вида), либо с моторными реакциями (обезьяна придумала новое движение — разбить камень). То есть прежде всего, это способность «изобретать».

Вторая черта разумного существа — это способность интеграции всех психических функций в единое рабочее пространство. Ощущение, восприятие, движение, общение, все процессы передачи информации, все функции высшей нервной деятельности оказываются интегрированы в единое целое, в одну систему. Гипотеза глобального рабочего пространства психолога Бернарда Баарса, проще говоря. Ей отводится ключевая роль в определении сознания в современной нейробиологии.

— Можете привести пример такой интеграции у человека?

— Например, сейчас мы с вами говорим по видеосвязи. Вы меня видите и слышите. Вы, даже не задумываясь об этом, интегрируете слуховой и зрительный поток в единое целое: у вас в голове складывается образ меня. Более того, вы интегрируете еще какие-то сведения, которые вам обо мне известны: то, что вы раньше обо мне читали или слышали от других людей. Вы одновременно работаете с огромным количеством информации разных модальностей, но вы ее интегрируете, у вас складывается образ биолога Георгия Куракина. Кроме того, вы со мной говорите: ваша речь, моторные и мимические реакции, которые предназначены для меня, интегрированы с моим образом и тем, что вы слышите. Еще вы смотрите на часы, то есть все это интегрировано с пониманием времени.

— Чем это отличается от растения, которое, заслышав или почувствовав, что его начинает жевать насекомое-вредитель, анализирует эту информацию, понимает, что происходит нечто плохое и включает защитные биохимические механизмы? Направляет те же оксилипины к месту укуса, испускает отпугивающие флавоноиды да еще и сообщает соседям, что его едят, то есть коммуницирует с другими особями?

— Оно всего этого не «понимает», его реакции очень просты. Если вас укусил комар или оса, у вас на этом месте развивается воспаление, то есть защитная реакция, которая координируется примерно теми же веществами. Но все происходит без вашего понимания. Чтобы реагировать, понимать необязательно. Если вы коснулись горячего чайника, то одернете руку — это рефлекторная реакция. Вы говорите, «растение предупреждает других». Но ведь и кошка, если наступить ей на хвост, рефлекторно взвоет, чтобы предупредить сородичей, что на нее напали. Закричать от боли — это безусловный рефлекс, кошке для этого не надо ничего анализировать.

— То есть у растений все происходит на уровне рефлексов?

— Я бы даже не употреблял слово «рефлекс», потому что рефлекс означает как раз наличие нервной ткани. Помните классическую рефлекторную дугу? У растений примерно такая же реакция «стимул-ответ», для которой не нужно интегрировать, анализировать и осознавать. Для этого необязательно иметь специализированную нервную систему. Во-первых, у растений есть потенциал действия, который можно передать по другим тканям. Во-вторых, им не нужны нейромедиаторы, потому что у них все клетки соединены в единую, так скажем, электросеть. У нас, наоборот, биоток может распространяться только по отдельной клетке, а для передачи сигнала между клетками приходится использовать нейромедиаторы.

Помимо этого, растение может запускать реакцию «стимул-ответ» очень просто, вообще без задействования биотоков. Его покусали — клетки, которые были повреждены, выделили оксилипины. Те химически продиффундировали до соседних клеток и вызвали у них выделение токсинов. Все.

Растение поворачивается к солнцу — это тоже реакция «стимул-ответ». Даже если говорить про «память» у растений — это память именно о рефлекторных ответах, а не память в человеческом смысле.

А что до разума и сознания, мы только начинаем подбираться к тому, как оценивать их даже у сложно устроенных животных. Есть у кошки сознание или нет? Еще сто лет назад считалось, что у кошки есть только реакция «стимул-ответ», но сейчас-то мы понимаем, что у нее есть когнитивные функции.

Только вот как оценить, насколько они когнитивные?

— Вдруг спустя еще сто лет мы тоже признаем, что не знали чего-то о когнитивных навыках растений? Насколько то, что энтузиасты от нейробиологии называют «разумом» растений, отличается от нашего? Может, этот «разум» не настолько развит, но качественно это тот же когнитивный механизм?

— Качественно этот механизм напоминает механизмы, имеющиеся у коралловых полипов или медуз. Существует ли разум у медузы? Вот недавно писали, что у медузы нет мозга, но она способна обучаться. Или что «безмозглый» слизевик Physarum polycephalum способен прокладывать себе путь через лабиринты.

— Вот видите. Так не устарел ли тезис о том, что нужен мозг, чтобы иметь разум?

— Я согласен, что не обязательно иметь именно нервную ткань, чтобы быть разумным существом. Просто пока мы не обнаружили разум на другой основе. Что до слизевика в лабиринте, я в принципе сомневаюсь, что ему можно приписать разумность. Скорее всего, там тоже что-то вроде реакции «стимул-ответ»: большая клеточная масса неизбежно будет ползти по лабиринту в направлении градиента концентрации каких-то стимулирующих веществ [в эксперименте слизевик находил дорогу через лабиринт, двигаясь к еде, — прим.ред]. Мне кажется, в плане разума растения находятся где-то на уровне слизевиков и медуз, их можно сравнивать только с очень простыми животными — с кишечнополостными, с губками, но никак не с человеком. У растений есть эволюционный потолок. Им просто не нужен развитый интеллект.

— Что значит «не нужен»?

— В нем нет эволюционных потребностей, нет давления отбора. У растений нет отбора на организмы с более развитым разумом.

— Разве живые существа, которые «умнее» реагируют на внешние стимулы, не выживают с большей вероятностью? Кажется, будто отбор на интеллект есть всегда.

— Не всегда. На нашей планете для того, чтобы развивать в себе способность гибко реагировать, надо для начала двигаться. У нас есть потребность в интеллекте, потому мы изначально подвижны. Растения — нет. А зачем тебе думать, если ты исходно не можешь двигаться и говорить? Для нас вся жизнь — это мозг. Но это же не единственный способ существования в эволюционном смысле. Растения пошли по другому пути: они общаются химическими сигналами, сражаются с насекомыми и вообще решают все проблемы химически.

Я всегда говорю, что по сравнению с растениями человек — это биохимически скучное существо.

Взять фотосинтез: растения не получают органику из внешней среды, поэтому вынуждены делать ее сами. Кроме того, они производят огромный спектр химических соединений от кофеина до морфина и сердечных гликозидов. Их эволюционная изобретательность в этом отношении поражает. Мы не можем синтезировать фенольные соединения — растения могут. Мы не можем синтезировать незаменимые аминокислоты — растения способны синтезировать все. Мы не можем синтезировать многие токсины и фитоалексины — растению это раз плюнуть.

Табак способен синтезировать никотин и отбиваться им от насекомых. Кофейное дерево производит инсектицид кофеин, который оказывает на насекомых возбуждающее действие и отбивает им аппетит. Танин способствует сворачиванию белков и угнетению пищеварения у насекомого, которое поело растение. Это мы решаем все проблемы за счет борьбы, бегства или разговора. А у них гораздо более сложные и развитые биохимические умения.

«Играть нужно не на сходстве, а на любопытстве»

— Возможно, разговоры о чувствах, разуме и сознании растений чересчур их очеловечивают, но в то же время помогают проникнуться к ним эмпатией: чем больше кто-то на нас похож, тем он для нас ценнее. Вам не кажется, что ища подобные сходства, человек избавляется от ощущения собственной исключительности?

— Я только за то, чтобы бороться с ощущением собственной исключительности. Но сходства нужно искать грамотно. Мы собраны из одних и тех же биохимических деталек, но по-разному. Если говорить «Ой, у них тоже есть оксилипины, прямо как у меня! Как здорово» или «Оказывается, они тоже используют глутамат для межклеточной сигнализации, у них тоже есть потенциал действия! Какие лапочки, надо их защищать», то это правильный подход. А попытка искать у растений нервную систему — это такой нейробиологический шовинизм: «Наша нервная система — это интересно, ее и будем искать».

Таким образом в поисках сходств можно зайти в тупик, это приведет только к разочарованию. На условной шкале разумности растения находятся намного ниже нас и все равно нас не переплюнут. Это приведет к еще большему нейробиологическому шовинизму: «Растения-то гораздо проще нас, а вот мы какие умные!..». Поэтому, когда ищешь сходство, нужно думать о различиях. Думать: «Но они же биохимически гораздо круче меня. Я-то что биохимически умею? Я в этом плане примитивнейшее существо! А вот они!..».

— Какие их биохимические навыки вас больше всего вдохновляют?

— Возьмем те же оксилипины. Если растение кто-то пожирает, оно выделяет летучие оксилипины, которые разносятся по воздуху, предупреждая другие растения об опасности. То есть растение способно передать сигнал о том, что его едят, напрямую другому растению, а то способно напрямую почувствовать, что его соседу «больно» (хотя у растений нет самого понятия боли, это скорее ощущение повреждения). Наши оксилипины, к сожалению, не летучие. Но если бы они были летучими, мы могли бы чувствовать боль другого человека, как свою.

— То есть человек источал бы что-то вроде облака боли, которую я бы чувствовала в своем теле?

— Да, вы бы именно это и чувствовали. Мне кажется, тогда люди были бы добрее друг к другу.

Преступлений, насилия, войн на Земле было бы меньше, если бы мы были как растения, если бы наши оксилипины были летучими. Человек выстрелил в другого человека — и сразу сам почувствовал жуткую боль.

Я думаю, никто бы не согласился воевать друг с другом. Но, к сожалению, человек не может напрямую почувствовать боль, когда причиняет боль другому. Нам нужна система зеркальных нейронов, чтобы мы могли осознавать чувства другого человека внутри своего мозга. Наша способность к эмпатии имеет другую природу, она более сложная и чаще дает сбои, поэтому мы так часто встречаем отсутствие сострадания и жестокость. Ну, и кто из нас круче?

Я больше скажу: у человека выделяются оксилипины, когда он болеет коронавирусом. Если бы они были летучими, вы могли бы почувствовать, что ваш сосед заболел. Когда одно растение заражается инфекцией, у второго растения, до которого долетели оксилипины, тоже начинается реакция на инфекцию, будто оно было заражено. Если бы так было у нас, вам становилось бы плохо, когда рядом присаживается человек, больной коронавирусом. Вы еще не заразились, но у вас поднималась бы температура и начинались боли во всем теле. Думаю, самоизоляцию соблюдали бы все.

Растения обладают таким способом коммуникации, но у них нет возможности это анализировать. Представляете, такой задел биохимический, а они его не реализуют! А у нас был бы хороший способ реализации, но задела нет. Неспособность напрямую обменяться химическими сигналами с другим человеком вынуждает нас искать косвенные пути почувствовать его переживания. А они не всегда срабатывают.

Поиск различий, на самом деле, тоже способствует появлению эмпатии к растениям. Говоря о различиях, мы понимаем их ценность и уникальность. Это и есть самое мощное средство от «зеленой слепоты».

Не нужно пытаться проецировать всех живых существ на нашу, человеческую плоскость — они существуют совсем по другим биологическим законам. Играть нужно не на сходстве, а на любопытстве. Мы вечно пытаемся найти какую-то инопланетную жизнь, на Марсе или на экзопланетах. А вот как эта жизнь выглядит рядом с нами! Растения настолько необычны, что кажутся инопланетянами. Это настоящий инопланетный мир у нас под ногами.