最新研究显示,植物可能是非常精于计算的物种,它们的计算能力也许并不亚于一台电脑。计算是植物生存的需要,为了与环境的变化协调一致,植物中的各个单元需要运动,而这种运动又必须在所有单元间统一和谐地进行,只有计算才能使它们做到这一点。事实上,在生物的世界中,类似的情形并不少见,科学家认为,庞大的蚂蚁社会、动物的神经系统和免疫系统,之所以协调得那么好,全是计算的结果。
科学家发表文章说,植物的计算是要解决它们叶面上气孔的开合问题,这些气孔是二氧化碳的通道,它们用气孔吸取二氧化碳以进行光合作用,但与此同时,气孔也容易使水分流失导致植物脱水,为了在环境的变化中获取最佳平衡,植物需要不断地调整“呼吸”,也就是调节气孔的开合度,控制气孔开合的数量。
植物没有大脑,它们是如何实现这种平衡的呢?最初,生物学家们认为,那些气孔仅仅是单独行动,它们自己决定是张开还是合拢,然而10年前,研究人员发现,事情并非如此,这些气孔不是单独行动,它们的开合运动往往在一个较大的范围内集体进行,而且配合协调得非常好。在最近的研究中,美国犹他州立大学的生物学家基思·莫特发现,那些统一行动的细胞可以在几分钟内发生迅速变化,使得叶面上细胞运动的状态呈现出复杂的流动性格局。莫特将这一发现告诉了他的朋友戴维·皮克。
皮克是一位物理学家,他觉得莫特描述的植物的气孔活动很像 “单元自主运动”模式。皮克解释说,单元自主运动由无数个独立的单元构成,每个单元可以呈现多种不同状态,在运动中,单元会根据一种规则改变其状态,而那些规则又是根据它们目前的状态和它们与相邻单元之间的关系而产生的。
科学家认为,植物可能在熟练地进行着单元自主运动。叶面上气孔的开合由气孔间产生的规则控制,它们不需要控制中心,但无数个单元之间的相互交感处理了大量的数据,并使气孔的行动达到协调和统一。假若事情果真如此,那么植物是在进行计算,因为要运行单元自主运动,植物必须在单元间进行某种形式的计算,科学家将这种计算称之为“分布式运算”。
使用一种荧光成像技术,皮克、莫特和他们的同事们可以清楚地看到植物叶面上因气孔的开合运动而显示的图案,并且这些图案在不断地移动、变化。但是,这样的图案还是不能证明植物气孔的开合运动就是单元自主运动,为此,他们还必须继续探索。现在科学家正在建立一个计算机模型,这个模型将可以模拟叶面气孔感知相邻气孔的水压和其他相关信息的方式,他们还希望计算机能模拟出气孔的运动以及它们吸收二氧化碳的过程,因为只有这样,植物叶面上的计算之谜才有可能破解。