Что такое фитосемиотика?

Ульяна Струговщикова
кандидат философских наук, научный сотрудник Сектора междисциплинарных проблем научно-технического развития Института философии РАН
Измерение электрических импульсов фасоли (Phaseolus vulgaris).

Фотография сделана в Лаборатории по исследованию когнитивных навыков растений (Minimal Intelligence Lab., Murcia, Spain)
Диалог человека с природой, начавшись давно, приобретал самые разные формы. Воззрения шумеров, египтян, римлян, европейцев Средневековья или эпохи Возрождения содержали магические и рациональные элементы. Мир был живым, единым целым.

«Классическая» западная наука, начавшаяся в XVII веке, открыла новую главу в этом нескончаемом диалоге. Эта новая наука начала свой диалог с природой весьма успешно, хотя мир в её открытии предстал безмолвным. Природа оказалась мёртвой, пассивной, похожей на автомат, который следует заложенным в программе предписаниям. Прогресс в науке, развенчав природу, сделав её простой, в какой-то мере отбросил человечество назад во взаимоотношениях с окружающим миром. Однако современная наука постепенно меняет ставшую традиционной концепцию природы, которая объясняет сложное путём сведения к простоте и детерминированности. Открытия в физике элементарных частиц и астрофизике сделали своё дело: с одной стороны, как писал Э. Морэн, в наших подвалах мы обнаружили хаос, ведь практически все элементарные частицы нестабильны, с другой стороны, гипотеза о расширяющейся Вселенной, доказанная экспериментально, может помочь нам проследить историю окружающего мира как взаимосвязанного целого. Эти новые достижения позволяют говорить о плюралистичности Вселенной, где материя обладает спонтанной активностью, а не субстанциональной пассивностью. И это тоже новый диалог с природой, который идёт сейчас.

Природа вновь обрела своё очарование, а человек, кажется, готов ощущать её влияние и познать тайны, которые не мог ранее видеть под другим углом. Семиотизация науки – новый шаг в коммуникации с природой, её познании. Биосемиотика, а далее конкретно фитосемиотика, это очередной шаг к расширению диалога человека с природой. Эта новая коммуникация стала возможна не без помощи новых открытий в науках.

Последние годы удивительные экспериментальные результаты были в физике (открытие бозона Хиггса, гравитационных волн и др.), химии (открытие графена, разработка метода редактирования генома, открытие квазикристаллов, разработки литий-ионных аккумуляторов), биологии (cинтез искусственного генома, разработка подходов к генной терапии, создание синтетической эукариотической клетки с работающими органеллами), а также удивительные открытия в биологии растений, о которых пойдёт речь далее.


Нейробиология растений или что делает фитосемиотику возможной

21 век – время рождения новой науки с провокационным амбициозным названием нейробиология растений. Последние два десятилетия эта наука открыла новую эру в истории взаимодействия человека и природы, когда человек может быть познан посредством диалога с другим, совершенно иначе организованным, нежели он сам. В 2005 году итальянский биолог Стефано Манкузо создал Общество нейробиологии растений (Society of Plant Neurobiology), которое стало вести исследования в области физиологии, поведения, молекулярной биологии, когнитивных навыков и других областей, применимых к растениям. Главная идея заключалась в том, чтобы увидеть в растительных организмах не просто набор химических веществ, работающих по принципам физики и химии, но рассмотреть организмы, взаимодействующие со средой, друг с другом, и с другими организмами: грибами, простейшими, животными. Идеи Манкузо подхватили другие учёные, независимые исследовательские лаборатории, которые создали что-то вроде «корневой сети», негласная цель которой вернуть растениям их агентность. В неё вошли учёные биологи, ботаники, физиологи, когнитивисты из Европы, Америки, Азии и Африки.

В ходе экспериментов и наблюдений было выяснено, что адаптивное поведение растений требует согласования физиологических потребностей различных структур растений (так как среда, в которой растения обитают, очень сложна) с множеством векторов, помимо света или гравитации, где растению необходимо ориентироваться соответствующим образом. Растениям нужна точная интеграция информационных сигналов в системах корней и побегов, чтобы достичь общих целей всего организма.

Сравнительно недавно электрофизиология растений открыла нам электрические сигналы, которые играют центральную роль в интеграции тела растения. Раньше наличие электрических импульсов признавались только за венериной мухоловкой (Dionaea muscipula) и мимозой стыдливой (Mimosa pudica), потому что их ответ на прикосновение легко заметен человеку: мимоза сворачивает листики в ответ на прикосновение, а венерина мухоловка реагирует достаточно быстро, чтобы поймать насекомое в свой капкан. Однако исследования в области электрофизиологии открыли, что практически у всех растений есть электричество. Несмотря на отсутствие нервной ткани или синаптических связей, все высшие растения частично регулируют физиологические процессы посредством электрических импульсов. Акцент на электрофизиологических особенностях растительных клеточных сетей в последнее десятилетие позволил подчеркнуть необходимость интегрированных исследований в области адаптивного поведения растений и сигналлинга (signalling) с тем, чтобы изучить поведение растений и их когнитивные навыки.

В частности, анатомия и физиология растений обнаруживают переплетённую фито-нейрологическую структуру, похожую на клеточные сети нервных систем беспозвоночных. Васкулярная система растений, которая первоначально считалась опосредующей исключительно транспорт воды и питательных веществ, позволяет высшим растениям координировать своё поведение, при этом электрическая связь осуществляется на больших расстояниях через васкулярные пучки.

В 2009 году Общество было переименовано в Общество сигналлинга и поведения растений (Society of Plant Signaling and Behavior), которое более полно отражало деятельность организации.

В целом нейробиология растений занимается исследованием того, что и как растения воспринимают, принимают решения, запоминают, действуют комплексно и целенаправленно несмотря на их сидячую природу. Растения борются за питательные вещества, расширяют и защищают свою территорию, враждуют против одних растений и дружат с другими. Они коммуницируют, учатся и запоминают и, что следует из выше сказанного – они познают окружающую их среду.

Наука о растениях обнаруживает аналогии в способах организации поведения у животных и растений. Нервные системы животных были эволюционно адаптированы с целью координации свободного поведения. Признак разумного поведения - это способность выбирать действия, которые позволяют организму достичь своих целей. Хотя по-прежнему не существует универсального согласованного определения того, что такое поведение, операциональная стратегия, которая применяется как к растениям, так и к животным, заключается в подходе к поведению с точки зрения «наблюдаемых последствий выбора, который делает живое существо в ответ на внешние или внутренние стимулы» (Calvo 2018). Такой выбор при исполнении животными обычно подразумевает движение. Поскольку растения ведут «сидячий» образ жизни, становится труднее оценить их поведение. Но движение происходит независимо от механизма (например, сокращение мышц в животных организмах или удлинение клеток в растительных), лежащего в основе явных реакций растений и животных.

Сейчас, несмотря на новые данные исследований, возможность оценки поведения у растений всё ещё полна скепсиса и предубеждения. Однако мы можем вполне себе сравнить растение, у которого растут листья и которое ориентируется на солнечный свет, с губкой, которая добывает кислород и питательные вещества, прокачивая воду через своё тело.

Сегодня мы понимаем поведение растений как фенотипическую пластичность в ответ на непредвиденные обстоятельства окружающей среды, то есть форма и способ роста растения – это его ответ на обстоятельства окружающей среды.

Что касается познания, то биологическая перспектива вообще требует манипулирования окружающей средой, то есть и адаптацию к условиям среды, и её изменениям под себя и свои нужды. Это, однако, не означает, что всё поведение растений является когнитивным. Негибкие, запрограммированные реакции на раздражители окружающей среды не интересны с точки зрения когнитивной науки. Похоже, что для того, чтобы поведенческий паттерн стал когнитивным, необходимы нежёсткие стратегии. Это степень гибкости, которую можно наблюдать в поведенческом репертуаре растений, когда они оценивают, скажем, потенциальные условия под неким давлением, что даёт нам право говорить, что растения обладают неким видом интеллекта (Trewavas 2014). На сегодняшний день список компетенций некоторых растений включает в себя способность интегрировать источники информации в гибкие явные ответы и способность предвидеть будущие непредвиденные обстоятельства и в результате принимать соответствующие решения о том, как изменить свои черты в фенотипе (Novoplansky 2016). В более общем плане познание включает в себя адаптивные, гибкие, предвосхищающие и целенаправленные модели поведения растений (Calvo 2016), то есть те явные модели, которые функционально аналогичны целенаправленному и преднамеренному поведению животных, которые всё чаще проявляются в замедленной съёмке.

Именно исходя из последних достижений в нейробиологии растений и понимания того, что по функционалу и принципу работы организма растения сопоставимы с животными организмами, мы можем вписать более полно биологию растений в семиотику.
Корневая система мимозы стыдливой (Mimosa pudica), выращенной в гидропонике.

Фотографии сделаны в Лаборатории по исследованию когнитивных навыков растений (Minimal Intelligence Lab., Murcia, Spain)
Фитосемиотика

Фитосемиотика как междисциплинарная наука строится на результатах исследований когнитивных и поведенческих наук, биологии и философии. Эти науки призваны помочь фитосемиотике ответить на следующие вопросы:

Как возможен семиозис у растений? Какие знаки в мире растений означают сами растения? Что именно они воспринимают и обрабатывают? Как именно информация о знаках воспринимается и передаётся от одного растения к другому?

Фитосемиотика является одним из многих направлений семиотики, которая исключает лингвистический уровень общения. Она является частью биосемиотики, из которой, собственно, и выделилась.

Впервые термин «фитосемиотика» был представлен около сорока лет назад как прикладное свойство окружающей среды разных живых организмов: насекомых, животных, людей. Мартин Крампен, физиолог и семиотик, опубликовал статью под названием «Фитосемиотика», в которой впервые был поставлен вопрос о существовании знаковых систем в растениях как таковых. Для 1981 года это была провокационная статья, поскольку биосемиотика, фактически рожденная под влиянием идей Якоба фон Иксюля, исключала возможность семиотической системы у растений, считая, что растения не являются агентами окружающей среды – они только адаптируются к условиям окружения и не могут влиять на неё или как-либо изменять, и, следовательно, у них нет Умвельта. Термином «Умвельт» Икскюль заложил основной принцип биосемиотики, описав его как означенную среду, которая не только сама по себе влияет на развитие живого организма, но и подвержена влиянию и изменению под воздействием этого организма. Это среда, которая означает для отдельного организма конкретные вещи, имеет смысл. В качестве примера Икскюль рассматривает жизнь клеща, рыбы, коровы, но отказывает в Умвельте растениям. Мартин Крампен меняет ситуацию. Он участвовал в проекте по созданию «зелёных домов», где 50% площади отводилось растениям. Проект предполагался как альтернативное архитектурное решение в связи с истощающимися запасами нефтяных ресурсов (солнечное тепло, попадающее в «зелёный дом», можно было аккумулировать), загрязнением воздуха (содержание кислорода в «зелёных домах» выше, чем в любом помещении с открытыми окнами), а также в условиях загрязнения окружающей среды в городах. Как специалисту в области семиотики ему было сложно определить статус растений и интерпретировать их семиоз: с одной стороны, растения – не животные: у них нет мобильности, нет рецепторов и эффекторов, нет нервной системы, функционального круга и, следовательно, нет Умвельта. Но относиться к растениям, как к предметам быта уже было неправильно, ведь им требовался уход, а росли они в соответствии со своим собственным тихим планом. Поэтому Крампен предложил консенсусное решение, которое не противоречило современным ему достижениям науки: хотя растения сами по себе знаковых систем не имели, они, тем не менее, могли являться промежуточной частью, посредниками, знаками и стать частью семиозиса других агентов: животных, людей, являясь частью их Умвельтов. Корова ест траву в поле, трава составляет часть Умвельта коровы, человек идёт через поле, срывает цветок, приносит домой, ставит в вазу – растение становится частью Умвельта человека. Хотя ограниченные знания в области биологии растений и наложили свой отпечаток, тем не менее, это уже был прорыв: несмотря на слова фон Икскюля о том, что только животные, обладающие нервной системой и способные передвигаться, имеют Умвельт, Крампен заявил: «Хотя растения являются автономными живыми существами [...], их семиозис отличается от семиозиса человека и животных тем, что заслуживает отдельного семиотического анализа» [Крампен, 1981, с. 191–192].

Важный вклад в понимание растений и дальнейшее развитие фитосемиотики внесли исследования биолога Джонатана Силверстоуна и зоолога Деборы Гордон. В 1989 году они опубликовали статью об основах поведения растений, где попытались определить, что такое собственно поведение в мире растений, хотя и основывались на животном тезаурусе. «Поведение — это то, что растение или животное делает в течение своей жизни, в ответ на какое-то событие или изменение в окружающей среде» [Силверстоун и Гордон, с. 350] Это определение совпадает с определением фенотипической пластичности и касается индивидуальной ответной реакции на окружающую среду. Под «индивидуальным ответом» Гордон и Сильверстоун понимают как целое растение со всей структурой, так и её отдельные модули: ветви, листья, корни, цветы и т.д. Описывая поведение животных через их движение (movement) , авторы упоминают исследования Дарвина в ботанике, где говорится о движении, доступном растениям, и развивают эту идею, заключив, что поведение растений заключает в себе два вида деятельности: 1 - чувствительность (sensibilities) - возможность растений чувствовать и воспринимать окружающий мир, и, 2 - возможности (capabilities) – способы выражения ответов как способы реагирования. К ним авторы отнесли гравитропизм – способность корней расти в сторону гравитации и фототропизм – способность воспринимать солнечный свет, расти в его сторону, гибкие изменения: способность поворачивать к солнцу листья, цветы, опускать/поднимать листья в зависимости от времени суток, необратимые изменения – начало прорастания семени, плодоношение и др. А также способность транслировать визуальные и обонятельные сигналы, направленные исключительно на животных: красота цветка и его аромат для привлечения опылителей. При этом авторы не затрагивали вопроса о целенаправленности и намеренности растительного поведения.
Схема экспериментальной установки. Цилиндрическая будка для выявления паттерна циркумнутации фасоли (Phaseolus vulgaris) к опоре. Циркумнутация часто - движения растений по кругу или эллипсу.

Схема взята из статьи Raja, V., Silva, P.L., Holghoomi, R. et al. The dynamics of plant nutation. Sci Rep 10, 19465 (2020)
Почти десять лет спустя биолог и семиотик Калеви Куль, занимаясь вопросами биосемиотики, вновь поднимает вопрос о возможности семиозиса в растительном царстве, но уже не с позиций прикладного характера, а с позиции агентности, подчеркивая, что фитосемиотика занимается вопросами изучения примитивных, простейших знаковых процессов в растениях, исключая при этом эндосемиотику, семиотику ботанических исследований или существования растений как знаков в человеческих коммуникативных системах, отнеся её к экосемиотике. В 2000м году выходит статья К. Куля, где он ставит вопросы, ранее применимые только к семиотике животных организмов, показывая, что семиотическая реальность доступна и растениям. Необходимость добавления семиотического описания организмов, помимо физико-механических описаний обратной связи, Куль объясняет наличием потребностей (need), которые рассматривает как отличительную характеристику живых систем: «Если убрать все потребности организма или нужды его клеток, то останется мёртвое тело» [Куль 2000, с. 340]. И далее: «потребность (need) – это ситуация, когда недостаток чего-либо приводит к действиям по его устранению или восполнению» [Куль 2000, с. 340]. Этот подход использует идею биологической необходимости в качестве первичного холистического процесса в живых системах, и показывает сходство между потребностью и семиозисом. Куль пишет, что растительный семиозис или вегетативная знаковая система — это система, которая отвечает за морфогенез и дифференциацию внутри организма и поэтому принадлежит всем многоклеточным организмам. Такая система включает в себя связь между тканями в организмах, отвечает за возникновение многоклеточной биологической формы и за всю морфологию тела. Основная система наследования здесь эпигенетическая, а морфогенез и дифференциация клеток - типичные представители. Характерной чертой вегетативных знаковых систем является то, что они не ограничиваются только растениями, но могут встречаться во всех многоклеточных организмах. Следуя пирсовскому условному разделению на знаки (икона, индекс, символ), вегетативные знаковые системы соответствуют иконическим знакам, где икона - знак, указывающий на существование чего-либо. А иконический семиозис – процесс распознавания, который можно описать как ссылку на что-то, что вписывается в окно распознавания (recognition window). В процессе распознавания сходство строится на основе неразличимости в контексте окна распознавания. Таким образом, это сходство, которое опосредовано и сконструировано при помощи окна распознавания, то есть опосредованное сходство или подобие. Куль показывает, что для иконических знаковых систем требуются предвосхищение (anticipation) и выбор (option), которые коррелируют во времени и составляют процесс распознавания (recognition), а также доступны поиск (search), отбор (selection), распространение или расширение (spreading), которые являются частью функционального круга, представляющего собой комбинацию сенсорных и двигательных процессов. Для растения это выбор питательных веществ для усвоения, их поиск и распознавание, распространение на территории и слежение за солнцем, из самых очевидных и давно известных. Остальные знаки долгое время оставались вне поля исследования растительной семиотики. До тех пор, пока не были получены новые удивительные данные, приоткрывшие завесу таинственности растительного царства, о которых я говорила в начале статьи.

Все исследования в области нейробиологии и электрофизиологии растений выводят фитосемиотику на новый уровень. Когда организм показывает способность к обучению, он переходит «границу» индексного семиотического порога. Индексный семиозис традиционно был присущ животному царству, потому что был связан с условным рефлексом, когда нервная и иммунная системы могут изменять связи между сенсорными и двигательными органами в соответствии с узнанными (learned) корреляциями. Здесь органы чувств производят один знак, икону, а двигательные органы производят другой. Связь - указатель, или новый знак — это отношение между этими двумя знаками. Причинность между объектами не обязательна, достаточно взаимосвязи. Важным моментом является наличие посредника, который может установить связь. В животном мире этим посредником выступает нервная ткань, в то время как растительный мир передаёт электрические импульсы по лубу (в западной терминологии по флоэме), пронизывая всю структуру растения от корней до листьев. Иногда их называют фитонейронами. Так как растения – «сидячие» организмы, они не могут двигаться в животном смысле, вместо этого они locomote – дословно «двигаются на месте», что характеризуется круговым движением - циркумнутацией, ростом по направлению к солнцу или тени, развитием побегов и листвы, удлинением верхушек, корней, вращением, обвитием и т. д. Несмотря на «сидячий» образ жизни, растения являются чрезвычайно чувствительными организмами, у которых есть связи между различными многоклеточными рецепторами и фитонейронной тканью, которые связаны с локомоторными эффекторами, памятью тела, с различением и распознаванием объектов и построением новых отношений (знаковых отношений) с различными объектами. Конкурируя за наземные и подземные ресурсы, растения исследуют своё окружение, оценивают уровень энергии для достижения своих целей, выбирают лучший вариант. Способные различать себя от другого, растения могут «заключать союзы» (через родственные и товарищеские отношения), защищать свою территорию, отражать её и завоёвывать новую. Соединение рецепторов и эффекторов ведёт к сенсорно-моторной категоризации, которая позволяет растениям эффективно ориентироваться в пространстве посредством картирования ареала обитания.

Калеви Куль в одной из своих статей по биосемиотике выделил 4-й семиотический знак, добавив его к пирсовской триаде. Это эмон (emon), который, как и символ, требует более сложных поведенческих стратегий и отношений. Эмон характеризуется эмоциями, эмпатией, мимикрией и обманом. Говорить о том, что у растений есть эмонические знаковые отношения, ещё рано, хотя есть исследования по растительной мимикрии. Насколько это запрограммированно адаптивно или же ситуационно применимо следует ещё узнать, как и найти способы проверки растительной эмпатии. Помимо вопросов о растительной мимикрии встают вопросы, на которые будущие исследования смогут дать ответы: вопросы о древесной сети (wood wide web), социальной жизни растений, воспитании потомков (о чем упоминал Петер Вольлейбен в «Тайной жизни деревьев»), коммуникации с другими акторами: грибами, бактериями, животными, людьми. Здесь мы двигаемся к экосемиотике, к переосмыслению позиций растений в культуре, наряду с ростом популярности экологической глобальной темы, пониманию и принятию того, что растения представляют собой парадигму с точки зрения энергоэффективности, низкой скорости, мощного действия (actuation) и низкого потребления энергии. Они принимают непосредственное участие в изменении климата и являются основным фактором различных экологических проблем, включая расширение сельского хозяйства и его влияние на разрушение среды обитания и загрязнение водных путей. Более того, эти вопросы взаимозависимы: изменяющийся климат влияет на производительность растений и, следовательно, влияет на запасы пищи и среду обитания. Поэтому исследования растений играют важную роль в решении этих проблем и движении в экологическое будущее. Вновь будет переосмыслено эстетическое переживание от взаимодействия с растениями, появится ряд этических вопросов, среди которых самым распространённым, вероятно, будет вопрос об употреблении растений в пищу, что возможно даст толчок к созданию питания нового уровня. Новое понимание растений уже внесло свою лепту, дав развитие мягкой робототехнике – созданию плантоидов, роботов-растений, где растительному бихевиоризму ещё предстоит занять важное место в этом альянсе дисциплин. Возможно, новое понимание растений даст и новое понимание процессов, происходящих в человеческом организме, связываемых с телесным сознанием – body-mind. И венцом исследований наук о растениях станет исследование культуры растений per se: нечеловеческой или околочеловеческой культуре взаимодействия живых организмов, живущих в ином временном измерении.

Литература:

  1. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. Пер. с анг./ Под общ. ред. и с послесл. В.И. Аршинова, Ю.Л. Климонтовича, Ю.В. Сачкова. Изд.7-е – М.:Едиториал УРСС, 2014. – 304 с.
  2. Струговщикова У.С. — Науки о растениях и фитосемиотика как часть культуры // Культура и искусство. – 2020. – № 12. – С. 52 - 60. DOI: 10.7256/2454-0625.2020.12.34589 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=34589
  3. Krampen M. Phytosemiotics // Semiotica. 1981.-36-3/4.-pp.187-209 DOI: 10.1515/semi.1981.36.3-4.187
  4. Kull K. An introduction to phytosemiotics: Semiotic botany and vegetative sign systems // Sign Systems Studies. – 2000.-№28.-pp. 326-350.
  5. Silvertown J., Gordon D. M.-A Framework for Plant Behavior // Annual Review of Ecology and Systematics.-1989.-Vol. 20.-pp. 349-366 DOI: 10.1146/annurev.es.20.110189.002025


Подборка литературы по теме:

  • Вольлебен П. Тайная жизнь деревьев. Что они чувствуют, как они общаются – открытие сокровенного мира. 2000.
  • Вольлебен П. Тайные связи в природе.2017.
  • Манкузо С, Виола А. О чем думают растения. 2013.
  • Чамовиц Д. Тайные знания растений. Что видят, слышат и помнят цветы и деревья. 2015.
  • Gagliano M. Thus Spoke the Plant. A Remarkable Journey of Groundbreaking Scientific Discoveries and Personal Encounters with Plants. 2018
Made on
Tilda