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从适应到认知

在MINT实验室,我们很想弄明白植物是如何够到支撑物的,是什么让它 以目标为导向 ?这样的目标导向行为似乎需要一部精准调节的细胞机器来统管一切。而这就引出了另一个问题:这部机器的性质是什么?它仅仅是一部自动机呢,还是包含了复杂的加工,就像我们知道的动物一样?为了避免刻意用过去的偏见蒙蔽自己,我们一定要怀着开放的心态开始这项研究。我们对这个领域还不算了解,还无法 预期 会发现什么。

对于我们在MINT实验室的研究,有批评者提出这些观察所显示的不过是复杂的适应,那些行为都可以分解为对刺激的自动反应。他们以兰花为例,说那些花朵的色泽与形状虽然多得惊人,但它们的精美外观都是为了引来昆虫运送花粉,那只是自然选择的例子,不能算作认知。这些批评者主张,我们在攀缘的菜豆和其他实验对象中观察到的,并不是任何意义上的由认知驱动的行为,因此不可以做这样的解读。我们却认为他们想错了,这种行为单用反射式的反应是无法充分解释的,其中必然还有别的东西。但是我们也明白,提出证明应该是我们的工作。所以我们来把这个复杂的问题慢慢拆解开吧,看看我能否说服你菜豆的作为不仅是我们的想象,这些攀缘者不单是适应良好的生物,而且它们的种种能力、连同其他植物的种种能力,都是 植物认知 的结果。

为了分清这两种观点,我们首先要明白适应(adaptation)和认知(cognition)间的细微差别,或者说,认知里有什么内容是无法用适应来解释的。 [9] 其实说起来,认知当然也是一种适应,能令植物更好地在环境中生存。 [10] “适应”通常是指对特定输入的自动反应。因为在演化史上的巨大优势,它已经被 编入了遗传密码 。它是 反应性 的,必须有刺激才会发生,并且每一次的反应都大致相同。就像车库门上的动作感应器能控制它是否继续关闭,行为上的适应也会以特定方式应对环境中的特定条件。其中是没有多少灵活性的,只有一种被遗传固化的机制。这意味着适应不需要动用多少处理能力。想想你的膝盖被捶打时的跳膝反射:还没等信号传入大脑,你的腿就踢出去了,因为它动用了一条闭合的神经元回路。它无须运算,所以速度很快,能在你的膝盖撞到外物时及时发动以阻止你跌倒。但这也意味着你无法真正地控制或修改这个动作。

认知行为 有其适应性,但它除了适应性还有更多内容。它还有 预见性 ,能使生物针对 将来的 环境变化做出最佳选择。它更有 灵活性 ,能对各种不同的因素做出反应,并有着各种不同的表现。它还是 目标导向 的,其目标是改变环境或生物自身状态,而不仅仅是被动反应。这些特质的要求远远超出“膝跳反射”。它们需要动用来自植物各个部位、从根到芽的多种来源的信息,这些信息还必须 加以综合 以做出协同的反应。 [11] 它们可以在植物的终身学习中改进,并在将来塑造出更好的行为。植物会用多种方法来实施这种认知驱动的行为,有的是通过生长,有的是通过快速运动,也有的是通过释放强有力的化学物质影响周围的生物。

在《植物的运动本领》( The Power of Movement in Plants )一书中,达尔文和他儿子弗朗西斯写道:“在植物的结构中,就功能而言,没有一种比胚根的尖端更加奇妙。”这里的“胚根”(radicle)指的是根的生长尖端,它与外部世界的不同方面接触,比如光线、重力和有形的阻碍,并选择如何应付它们,好在地下成功找到出路。达尔文父子最后总结道:“在这个尖端上往往有两个或更多个诱因在施加影响,最终一个战胜了另外一个,胜利方无疑对植物的生命更加重要。”这场诱因之间的战争,以及随之引发的行为,就是破解植物认知的关键之处。 [12] wb5t3RrdkFm42/G15eAWlopRIrpVoefmRT9OE5ngTjnzBf6k0jhTP9u2d5VhUMBx

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