Prof. Stanisław Karpiński: Rośliny są inteligentne!

W listopadzie Gazeta Wyborcza opublikowała rozmowę z prof. Stanisławem Karpińskim, genetykiem i fizjologiem molekularnym roślin, który został określony jako “uparty, niepokorny naukowiec z pasją”.

Wywiad zatytułowany Rośliny nie są głupie! to nie tylko nowo odkryte fakty o niezwykłych zdolnościach roślin, ale też rozważania o tym, co pomaga, a co przeszkadza tym, którzy są niezależni i chcą powiedzieć coś nowego w nauce.

Oto całość tej rozmowy:

Panie profesorze, twierdzi pan, że rośliny są inteligentne, że mają pamięć. Czy to nie nadużycie?

- Rośliny mają zdolności komunikacyjne i obliczeniowe, o jakich nam się nie śniło. I komunikują się nie tylko za pośrednictwem sygnałów chemicznych – już Darwin opisywał u roślin sygnały elektrochemiczne, co potem potwierdzili naukowcy z Rosji, Niemiec i Wielkiej Brytanii. Prąd powstaje np. w chloroplastach, podczas fotosyntezy i jest przekazywany dalej, do innych tkanek i organów rośliny, przez wyspecjalizowane komórki. Są to komórki otaczające tzw. nerwy liści, czyli kanały przewodzące wodę i substancje odżywcze oraz hormony. Natomiast komórki otaczające te kanały przekazują ten sygnał elektrochemiczny od liści coraz dalej, tak jak neurony ssaków przekazują sygnał nerwowy z mózgu do narządów i kończyn i z powrotem. Sygnał ten u roślin jest dwieście razy wolniejszy niż u zwierząt, ale rośliny nie mają przecież mięśni i w większości nie muszą wykonywać gwałtownych ruchów.

Ale zdolność do przesyłania sygnałów to jeszcze nie inteligencja.

- Tak, ale ja i mój zespół odkryliśmy i udowodniliśmy, że rośliny przekazują informację o natężeniu światła i o jego składzie spektralnym („barwie”) za pomocą tych sygnałów, zapamiętują i wykorzystują tę informację nawet wiele dni później. Podobnie, jak my pamiętamy słoneczny urlop czy lato. I to jest prawdziwa nowość. Oświetlone promieniami słonecznymi liście przesyłają sygnały do pozostałych, informując je, do jakiej sytuacji muszą się przygotować. Poza tym, korzystając z nadmiaru zaabsorbowanej energii słonecznej, roślina precyzyjnie reguluje, jaka część pochłoniętej energii ze światła będzie wykorzystana na wzrost i plonowanie, ile zostanie wypromieniowane w postaci fluorescencji, a ile w postaci ciepła. Rośliny wykształciły zdolność przeliczania energii zaabsorbowanych fotonów (światła) i przetwarzania tej informacji na określone procesy fizjologiczne przy pomocy sygnałów elektrochemicznych. Co więcej, rośliny wykształciły specyficzną zdolność zapamiętywania, jakie reakcje są adekwatne do jakich bodźców świetlnych.

Rośliny precyzyjnie wyliczają wydatki? Mierzą siły na zamiary? Mamy to rozumieć dosłownie, czy to pewna metafora?

Prof. Stanisław Karpiński (fot. TVP)

- To absolutnie nie jest metafora! Wykazaliśmy bardzo dokładnie, jakich używają algorytmów, potwierdziliśmy to doświadczalnie.

Używa pan w stosunku do roślin nietypowych terminów: algorytmy, obliczenia. Porównuje pan chloroplasty do tranzystorów, a komórki lub całe rośliny – do sieci neuronowych i sieci komputerów.

- Bo to w dużym stopniu uprawnione. To, że układy fotosystemów w chloroplastach funkcjonują jak tranzystory, jest dobrym porównaniem. I to jeszcze z układem regulacji prądu przepływającego między jednym półprzewodnikiem a drugim. Każdy fotosystem zamienia informację kwantową (zaabsorbowane fotony) na informację analogową (sygnały elektrochemiczne). A przecież w pojedynczym chloroplaście mamy tysiące fotosystemów, a w komórce roślinnej może być kilkadziesiąt chloroplastów, które są połączone siecią membran ze sobą, z jądrem i innymi strukturami komórkowymi. Już więc sama pojedyncza komórka posiada niesamowitą sieć połączeń i ma wielkie możliwości komunikacyjne i obliczeniowe. A co dopiero sieć komórek, np. w liściu i pomiędzy liśćmi. Tym bardziej że komórka roślinna jest bardziej złożona niż zwierzęca. Są w niej aż trzy genomy, bo DNA jest w jądrze komórkowym, mitochondriach i chloroplastach. A do tego oprócz oddychania przeprowadza jeszcze fotosyntezę. Podsumowując: komórka roślinna ma zdolność przeliczania, przetwarzania informacji kwantowej (zaabsorbowane fotony) na informację analogową (specyficzne odpowiedzi fizjologiczne zależne od pochłoniętej porcji fotonów i ich energii) oraz zdolność zapamiętywania tych informacji. Dlatego, moim zdaniem, rośliny działają jak biologiczny komputer kwantowy, którego fizycy poszukują od lat. Przyzwyczailiśmy się do myśli, że rośliny są nieruchome, “nierozumne” i martwe. A rośliny nie są głupie! W rzeczywistości tworzą bardzo skomplikowane żywe systemy – pod względem ekonomicznym, energetycznym i komunikacyjnym.

Czy rozumiemy te systemy coraz lepiej? Czy przeciwnie: z każdym odkryciem otwierają się nowe horyzonty, pokazujące, że przyroda jest dużo bardziej złożona, niż sobie wyobrażaliśmy?

- Sądzę, że nasze zrozumienie procesów cały czas rośnie. Oczywiście, za jednym odkryciem idą kolejne, ale nie jest tak, że każde odkrycie otwiera setki nowych ścieżek. Jesteśmy coraz bliżej jądra poznania i zrozumienia tych podstawowych mechanizmów. Problemem jest dla nas jednak zrozumienie sieci powiązań. Zrozumienie komunikacji i zależności między komórkami, organizmami, gatunkami Granice ludzkiego poznania się przesuwają, ale są już bardzo daleko. Wykraczają poza czterowymiarową czasoprzestrzeń i wszechświat materialny. Wystarczy przypomnieć fizykę i teorię superstrun, która próbuje zunifikować inne kluczowe teorie, a posługuje się w tym celu jedenastoma wymiarami.

Co najbardziej pana ekscytuje w pracy: samo odkrywanie kolejnych elementów tej przyrodniczej układanki czy raczej perspektywa praktycznych zastosowań pana odkryć?

- Głównym motorem jest dla mnie ciągłe dążenie do sprawdzenia, co jest za linią horyzontu, odkrywanie. Ale jednocześnie łączę to z aspektami praktycznymi. Obecnie zaawansowane nauki podstawowe są w stanie w trzy-cztery lata wygenerować wartość aplikacyjną, stosowaną. I na tym polega ich siła. Dawniej – jeszcze 20-30 lat temu – od otrzymania wartościowych wyników badań podstawowych do ich aplikacji mijało ok. dziesięciu lat. A przed II wojną światową zajmowało to 15-20 lat. Mechanizmy, które badam, już wykorzystujemy. Zachęca nas do tego sama natura. Jeśli porównamy brzozę z Włoch i brzozę spod koła podbiegunowego, to ta pierwsza jest kilkadziesiąt razy większa od drugiej. Ale ta karłowata zniesie i 50 stopni mrozu. A przecież geny mają te same. Czyli cały sekret tkwi w regulacji aktywności genów, regulacji fotosyntezy i wzrostu.

Wspominałem o rozszyfrowaniu przez mój zespół roślinnych algorytmów i genów sterujących tymi algorytmami, a przez to sterującymi optymalizacją fotosyntezy, rozwojem i plonowaniem roślin. Patentujemy wykorzystanie kombinacji tych genów, bo dzięki nim jesteśmy w stanie przewidzieć, już po wstępnym rozwoju siewki, ile ta roślina w danych warunkach wytworzy nasion! Dzięki tej wiedzy powstały także np. zmodyfikowane genetycznie drzewa, które szybciej rosną, bo mają zmieniony program zarządzania energią zaabsorbowaną przez fotosystemy. Możemy zdecydować, ile energii roślina będzie wydatkować na fotochemię, ile na fluorescencję, a ile wydzieli w formie ciepła. I wiemy już, jak regulować ten proces. Dzięki temu mamy drzewa, które rosną o 20 proc. szybciej, a jednocześnie wiążą więcej dwutlenku węgla. Już po sześciu, siedmiu latach takie drzewa można np. wykorzystać do produkcji papieru. Nie trzeba wycinać starodrzewów.

Z lewej: siewka rzodkiewnika. Z prawej: 3 liście siewki rzodkiewnika po godzinie traktowania silnym światłem.

Jaki będzie kolejny krok w pana badaniach nad przekazywaniem sygnałów przez rośliny?

- Jeśli istnieje elektrochemiczny przekaz informacji wewnątrz rośliny, to możemy nauczyć jedną roślinę reakcji innego osobnika – podłączając je do siebie np. przewodem elektrycznym. Na podstawie dotychczasowych badań po prostu wiem, że jestem to w stanie zrobić. Tylko jeszcze nad tym pracujemy: musimy wzmocnić te sygnały, musimy dobrać parametry częstotliwości i amplitudy. Udoskonalamy ten układ, żeby uzyskać spektakularny efekt przekonujący dla społeczności naukowej.

Czy gdy zaczynał pan, jako młody naukowiec, to łatwo było się panu przebić z takimi pomysłami?

- Nie, to była, jest i będzie walka. Mnie zawsze uważano za dziwaka, prowokatora i niepokornego naukowca. Ale jednocześnie wzbudzałem szacunek tym, jak w zwarty i pełen siły sposób potrafię mówić. Nawet z powszechnie uznanymi sławnymi profesorami. Jeśli nie będziemy podważali autorytetów, to nie odkryjemy nowego!

To chyba nie jest proste, zwłaszcza dla młodych badaczy. Świat nauki jest jednak bardzo zhierarchizowany, jest się zależnym od swoich starszych kolegów po fachu – promotorów, recenzentów prac

- To nie jest dobre. W nauce powinny równolegle istnieć system hierarchiczny i niehierarchiczny. Żeby oba się rozwijały i wypierały nawzajem. Jak w teorii gier. Żeby było miejsce na generowanie myśli niezależnych, odbiegających od przyjętego kanonu.

A co sprawiło, że panu się udało, że się pan przebił? Upór, praca i niepokorny charakter, pana długoletni pobyt w Szwecji, czy może ktoś w pewnym momencie panu pomógł?

- To zlepek tych elementów. Trzeba mieć w sobie trochę niepokory i musi być człowiek, który w odpowiedniej chwili pomoże. W moim przypadku był to mój szwedzki promotor. Dał mi sporą wolność, ale też od razu widział, że dostał pod opiekę trudnego człowieka. W powrocie do kraju pomógł mi profesor Stefan Malepszy ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie i Fundacja na rzecz Nauki Polskiej. Choć oni też wiedzą, że jestem trudny i niepokorny, bo naprawdę nie znoszę autorytetów naukowych. Miałem z tym problem, nie mogłem się dostosować do tej całej napuszonej hierarchii akademickiej. Zresztą cały czas jest to dla mnie trudne. Mnie po prostu nie da się zamknąć w klatce. Ale też niepowodzenia mobilizują mnie do jeszcze intensywniejszej pracy twórczej. Fundamentem jest myśl, pomysł i publikacja. Na szczęście, jeśli dojdzie się do określonego “momentu publikacyjnego”, ogłosi się wystarczająco wiele dobrych prac, to już nikt z ludzi takiego naukowca nie ruszy, choćby był nie wiadomo jak ekstrawagancki. To jak ucieczka w hiperprzestrzeń.

Pan już osiągnął ten moment?

- Dzieje się to teraz. Czuję, że dochodzę do momentu, gdy jestem poza zasięgiem wielu moich przeciwników. Teraz to ja wyznaczam w swojej dziedzinie kierunek. Ale za to się płaci wysoką cenę. Jest się samotnikiem, bo idzie się wbrew systemowi.

W rozmowach wspomina pan, że nie ma dużej różnicy między polskim i szwedzkim systemem tworzenia nauki i pracy naukowej.

- To może być zaskoczeniem, ale tak jest w większości krajów na świecie. A na pewno w Europie. Najbardziej konkurencyjnym i otwartym jest z pewnością amerykański system nauki. Ale dlatego jest tak konkurencyjny, że w Stanach jest dużo możliwości prywatnych inwestycji w określone idee. I jeśli ktoś ma wartościowy pomysł i nie chce go jeden uniwersytet, to pójdzie do drugiego. Nie chce publiczny – pójdzie do prywatnego. To daje amerykańskiej nauce napęd i dużo swobody. U nas system wciąż promuje postawę “mierny, bierny, ale wierny”, choć powoli się to zmienia. W Skandynawii jest nieco inne podejście – nieco bardziej praktyczne, obiektywne. Czynnik ludzki ma mniejsze znaczenie. Chociaż zależy, na jakim etapie. Na poziomie doktoranta, asystenta czy nawet docenta – jest w porządku. Ale gdy zostaje się profesorem, to tylko teoretycznie jest się równym tym pozostałym, zwłaszcza tym ze Sztokholmu. Doświadczyłem tego, gdy już jako profesor pracowałem w Instytucie Botaniki Uniwersytetu Sztokholmskiego, 200 metrów od Komitetu Noblowskiego, i byłem szykanowany przez szwedzkich profesorów. Pisano do mnie maile w duchu: “wracaj, skąd przybyłeś” – no więc w końcu wróciłem.

Doradcą w mojej pracy doktorskiej był Gunnar Öquist (którego bardzo miło wspominam), który przez sześć lat ogłaszał laureatów Nagrody Nobla. Jest członkiem i pełnił funkcję prezesa Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk. To z tego grona wyłania się komitet decydujący o tej prestiżowej nagrodzie. Gdy czasami spotykaliśmy się na lunchu w kampusie uniwersytetu, pytałem go, jak się czuje w stolicy (Gunnar Öquist pochodzi z północy Szwecji). A on z uśmieszkiem odpowiadał: “Stanisław, wiesz dobrze, jak się czuję, ale jestem szefem i ci ze Sztokholmu nie mają wyjścia i muszą mnie słuchać”. Podobało mi się to. Oni bardzo szczycą się tym, że przyznają Nobla. Ale przecież publikują w tych samych czasopismach co ja i mnie podobni. Ale to oni są bliżej chwały, przecież to oni wybierają noblistów. Ja mawiam, że nagroda, chwała i sława na pstrym koniu jeżdżą, a liczy się tylko solidna, ciężka praca. I nie ma znaczenia, czy to praca sprzątaczki, czy naukowca.

Co w takim razie jest w nauce obiektywną wartością?

- Najważniejsze jest odkrycie, pasja naukowca. A nagrody? To tylko nagrody. Oczywiście, przyjemnie jest zostać docenionym przez innych, człowiek łapie wiatr w żagle. Nie chodzi nawet o pieniądze, chodzi o prestiż. Ale patrząc od kuchni, wszystkie nagrody, wszystkie konkursy są skażone ludzkimi interesami, sympatiami i antypatiami. W mniejszym bądź większym stopniu, bez wyjątków. Sam nominuję od dziesięciu lat do prestiżowej japońskiej nagrody i wiem, czym uwarunkowany jest wybór laureata. Ale trzeba umieć sobie powiedzieć: ja nie pracuję dla nagrody, ja pracuję, żeby poszerzać horyzonty wiedzy. Jedynym trwałym napędem jest pasja. Gdy nauka jest pasją, przezwycięży się wszystkie problemy, także zawiść czy niezrozumienie innych naukowców. Mając pasję, odkrywa się w sobie coraz to nowe zasoby energii i siły, które w innym przypadku nie byłyby dostępne.

rozmawiał Piotr Kossobudzki

Nauka pozwala nam lepiej poznać świat.

Ale nowe odkrycia (również te dotyczące “inteligencji” roślin) rodzą pytania, których odpowiedzi wykraczają daleko poza możliwości “szkiełka i oka”: Skąd wzięły się owe zdolności? Czy powstały same przez się, w wyniku li tylko ślepych, bezrozumnych procesów? Czy może jednak świadczą o tym, że rośliny zostały zaprojektowane i powstały przy współudziale inteligencji?

Na te pytania każdy musi sam znaleźć odpowiedź. Ewentualnie warto posłuchać, co w tej sprawie ma do powiedzenia inny profesor, również genetyk i specjalista w badaniu roślin.