含羞草會學習?

■動物可以透過反覆練習來學會一項技能,植物是否也有學習的能力呢?

含羞草。圖片來源:wiki
含羞草。圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

要測試植物是否能學習,首先就會遇到一個問題:如何建立一個系統證明植物會學習。畢竟植物不是動物,身為動物的我們,要教導植物某一件事或許不難,但是要如何幫植物「考試」、確定它已經會了,這部分可真的不簡單。

●含羞草的「大怒神」實驗
來自澳洲的研究團隊,決定以含羞草(Mimosa pudica,the sensitive plant)為樣本進行測試。研究團隊做了一個植物的「大怒神」系統,可以讓含羞草在相同的短時間內往下垂直掉落15公分。當含羞草坐完「大怒神」以後,它的葉子會閉合一段時間再慢慢打開;等到它的葉子完全打開以後的5-10秒,再讓它坐一次「大怒神」。

這樣反覆在一天內進行60次(含羞草:我不要坐那麼多次大怒神啦!)以後,研究團隊發現含羞草的反應變小了。而且,在高光度與低光度下生長的含羞草,對於反覆刺激的反應明顯的不同;在低光度(每平方公尺每秒照射90微莫爾的光子)下的含羞草,在反覆刺激以後,很明顯的有反應變小的現象。

但是,這真的是學習行為嗎?會不會是含羞草被搖到彈性疲乏了?為了證明含羞草不是因為被搖到彈性疲乏,研究團隊設計了另一種刺激:「大地震」!將植物放在震盪器上面,以每分鐘250下的速度搖五秒。如果換另一種刺激,含羞草可以馬上做出反應;就顯示了它並不是彈性疲乏,而是對於同一種刺激的反覆出現,它習慣了、並決定不予理會。

實驗結果發現:坐過幾十次「大怒神」的含羞草,在換玩「大地震」以後,還是可以立即做出反應。這顯示了,含羞草真的有學習的能力唷!只是,為什麼在高光度下(每平方公尺每秒照射230微莫爾的光子)的含羞草在反覆刺激以後,反應不會明顯變小呢?

●含羞草閉合機制
讓我們先想想含羞草為什麼要「羞」。我們都知道含羞草只要一碰,葉片就會閉合;如果碰觸的強度夠高,不只是葉片會閉合,連葉柄也會跟著下垂。碰觸的刺激意味著什麼呢?

在自然界,碰觸的刺激表示附近可能有吃草的動物開始「用餐」。而閉合的葉片與下垂的葉柄,可以讓含羞草在食草動物的視覺範圍內消失。

被碰觸之前的含羞草。圖片來源:Wiki
被碰觸之前的含羞草。圖片來源:Wiki
被碰觸之後的含羞草。圖片來源:Wiki
被碰觸之後的含羞草。圖片來源:Wiki

草不見了,吃草的動物當然就不會去吃它;所以含羞草藉著「害羞」的動作,可以減少自己被吃掉的機率。但是,葉片閉合同時也意味著進行光合作用的面積減少了。對植物來說,減少光合作用是非常不利的,所以過一段時間之後,如果沒有更多刺激,含羞草就會把葉片慢慢打開。

●根據「光強度」決定是否反應
在高光度的狀況下,植物進行光合作用的速度當然比低光度的時候要快。在高光度的環境下,因為光合作用的產物已經足夠,對於持續的、重複的刺激,雖然可能是背景噪音,但也不妨做出反應,可以降低可能被吃的風險;而在低光度時,因為光合作用的產物還不大夠,所以對於可能是背景噪音的刺激,還是不予理會對自己的生存比較有利。

這個現象,在研究團隊將含羞草先放在高光度或低光度的環境下四週後,再更換光照條件時,看到的結果更能證明這一點。原先生長於低光度的含羞草,在改變為高光度後,一開始對重複的、持續的刺激的反應變得敏感;而由高光度移往低光度的組別,在一開始對刺激的反應也呈現敏感度降低的狀況。

所以,植物的確是有些許學習能力的喔!只是我們不知道怎麼測試而已!

參考文獻:Gagliano M. et. al., 2014. Experience teaches plants to learn faster and forget slower in environmnts where it matters. Oecologia. 175:63-72

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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