Het verstand van de plant

Hoe slim is een zonnebloem? Het lijkt een triviale vraag. Planten hebben geen hersenen en kunnen dus onmogelijk slim zijn. Of toch? Een opgroeiende zonnebloem begint de dag gericht naar het oosten, waar de zon opkomt, en draait in de loop van de dag mee met de zon naar het westen. ’s Nachts gebeurt iets opmerkelijks: de zonnebloem draait zich terug naar het oosten, in afwachting van een nieuwe zonsopkomst. Het lijkt wel het equivalent van ’s avonds je brooddoos alvast vullen om de volgende ochtend vlotter te beginnen. Is het dat ook? Kan een plant de toekomst voorspellen? En wil dat zeggen dat planten ‘intelligent’ zijn?

De vraag stellen voelt ongemakkelijk. Op vlak van intelligentie schatten we planten zeer laag tot nihil in. Dieren zijn slim, en kunnen leren door ervaring. Planten ondergaan hun omgeving en hopen dat het goed komt. Ook biologen zijn terughoudend om dierlijke vaardigheden aan planten toe te kennen. Je komt snel in een sprookjeswereld terecht, met plantengemeenschappen die denken en voelen, en misschien zelfs over ons roddelen.

Toch doen recente wetenschappelijke ontdekkingen stilaan de strikte intellectuele grens tussen planten en dieren vervagen. Planten hebben hun eigen versie van zintuigen, ze reageren op hun omgeving en ze kunnen met elkaar en met dieren communiceren. Het lijkt er zelfs op dat planten kunnen leren uit ervaringen.

Om dat aan te tonen, bedacht bioloog Monica Gagliano van de University of Sydney in Australië in 2016 een plantenversie van het beroemde experiment van Ivan Pavlov. Ze plaatste jonge erwtenplanten, haar honden, in een Y-vormig doolhof. De planten konden in de linker- of rechterarm groeien. Tijdens het opgroeien werden de zaailingen blootgesteld aan een lichtbron en een ventilator. Het licht is het equivalent van hondenvoer in het experiment van Pavlov, de ventilator is het belletje.

Bij de ene groep erwtenplanten kwamen het licht en de wind steeds uit dezelfde richting, bij een andere groep kwam de wind uit de tegenovergestelde richting als het licht. De onderzoekers schakelden de ventilatoren telkens een uur voor de lichtbron aan. Na drie dagen werd de groeirichting van de erwtenplanten alleen nog beïnvloed door de positie van de ventilator, alsof de planten hadden geleerd om op basis van de windrichting te voorspellen waar het licht een uur later zou verschijnen. Ongetrainde planten lieten zich niet door de ventilatoren beïnvloeden en kozen willekeurig de linker- of rechterarm van het doolhof. Een bijzondere, maar ook controversiële, waarneming, want de resultaten konden niet bevestigd worden in een onafhankelijk replicatieonderzoek.

Waarnemen en gepast reageren

Planten bewijzen ook op andere manieren dat ze kunnen onthouden en bijleren, of op zijn minst flexibeler worden. ‘Als we een droogtegevoelige plant beetje bij beetje blootstellen aan droge leefomstandigheden, dan is die plant daarna beter bestand tegen droogte’, legt moleculair plantenbioloog Sophie Hendrix van de UHasselt uit. ‘Dat geldt ook voor hittestress. Als we een plant eerst blootstellen aan een temperatuur van 37 graden Celsius, dan is die later bestand tegen 45 graden Celsius, een temperatuur die aanvankelijk fataal geweest zou zijn.’ Meer dan met intelligentie kan je het vergelijken met onze spieren. Weinig mensen kunnen uit zichzelf een marathon lopen, maar door tijdens een lange trainingsperiode steeds grotere afstanden te lopen, lukt het uiteindelijk toch. Planten zijn op een gelijkaardige manier flexibel. Ze ondergaan dus zeker niet hun omgeving.

Het is niet zo dat planten een bewustzijn hebben, maar ze hebben wel sterke zintuigen die ze gebruiken om hun omgeving te scannen en erop te reageren. ‘Die vaardigheden – waarnemen, interpreteren en reageren – vormen de basis van intelligentie’, zegt plantenfysioloog Filip Rolland van het KU Leuven Plant Instituut ‘Het bekendste voorbeeld is hoe planten licht kunnen zien en op basis daarvan hun groei aanpassen. Licht is voor planten een levensnoodzakelijke energiebron. Zonder licht is er geen fotosynthese en dus geen groei. Planten gebruiken licht ook om te weten waar ze zijn. Ze kunnen verschillende golflengten van licht, en dus kleuren, waarnemen, en gebruiken die informatie om te achterhalen of ze in de zon of in de schaduw staan. Is er bijvoorbeeld relatief veel verrood licht, dan herkent de plant dit als schaduw. De planten reageren door hun stengels te strekken om hun bladeren dichter bij het licht te brengen.’

Planten zien licht, zonder ogen, zonder zenuwstelsel, zonder brein. ‘Planten hebben geen aparte organen met elk hun eigen functie. Bij planten zitten die vaardigheden verspreid’, verduidelijkt Olivier Pieters, die plantenintelligentie onderzocht voor zijn doctoraat aan de Universiteit Gent. ‘Alle cellen in een plant kunnen licht waarnemen. Nog voor de eerste bladeren zijn gevormd, heeft een plant al besef van schaduw of licht. Planten kunnen zelfs anticiperen op toekomstige schaduw. Planten die dicht bij een andere plant staan en overschaduwd dreigen te worden, groeien omhoog, nog voor ze overschaduwd worden. Ze merken een verandering in het lichtspectrum en gaan dan al groeien.’

Zaden kunnen tellen

Planten zien zo niet alleen waar hun geliefde zon zich bevindt. Boquila trifoliolata, een klimplant die voorkomt in de regenwouden van Chili en Argentinië, kan een zestal bladeren van andere plantensoorten nabootsen. De klimplant past de vorm, kleur en nerven van zijn eigen bladeren aan om volledig te verdwijnen tussen de bladeren van de boom waarin hij groeit. De plant past die tactiek vermoedelijk toe om onzichtbaar te zijn voor planteneters. ‘Er zijn veel hypotheses waaraan de klimplant dat imitatietalent te danken heeft, maar eigenlijk weten we het nog niet exact’, zegt plantenbioloog Jeroen Schreel van het Instituut voor Landbouw, Visserij- en Voedingsonderzoek (ILVO). ‘Misschien steelt de plant kleine stukjes DNA van de gastplant om met dat bouwplan gelijkende bladeren te produceren. Die hypothese verklaart niet waarom de klimplant zelfs plastiek namaakbloemen kan imiteren. Een andere hypothese zegt daarom dat de klimplant zich baseert op het lichtpatroon dat door de bladeren dringt. Wanneer het zonlicht door de bladeren van de gastplant priemt, zorgen de bladeren ervoor dat er in hun patroon meer of minder infrarood licht doordringt. Mogelijk pikt de klimplant dat patroon op om identieke bladeren te imiteren. Als die hypothese klopt, dan is dit een ontzettend interessante demonstratie van ‘plantenintelligentie’.’

Zelfs zeer vanzelfsprekende zaken, zoals het ontkiemen van zaden, zitten eigenlijk ontzettend ingenieus in elkaar. ‘Ook zaden hebben geen ogen, maar toch zien ze wanneer er voldoende licht is om te ontkiemen’, zegt Filip Rolland. ‘Andere zaden, vooral grotere met voldoende reserves, verkiezen dan weer duisternis, omdat een ontkiemende plant dieper in de bodem minder risico loopt om uit te drogen. Een zaailing kan ook de zwaartekracht detecteren om de wortel naar beneden en de stengel naar boven te sturen. En als een groeiende zaailing door de bodem groeit en op een steen botst, dan produceert de plant het gasvormige hormoon ethyleen, wat dan weer een signaal is voor de plant om de groeirichting om te buigen tegen de zwaartekracht in.’

Heel wat zaden kunnen zelfs tellen. Schreel: ‘Zaden hebben meestal hun eigen kiemtactiek. Zo zijn er zaden waarvoor het niet gewoon twaalf graden Celsius moet zijn vooraleer ze ontkiemen, maar tien dagen aan een stuk twaalf graden. Zo’n zaadje moet dus het aantal warme dagen kunnen onthouden om dan na tien dagen te
beslissen dat het tijd is om te ontkiemen.’

De venusvliegenvanger (Dionaea muscipula) is misschien wel de strafste telkampioen. ‘De vleesetende plant kan het onderscheid maken tussen een smakelijke vlieg en een nutteloze regendruppel’, zegt Charlotte Goeyers, doctoraatsonderzoeker verbonden aan de Universiteit Gent en Plantentuin van Meise. ‘De plant klapt dicht om een insect te vangen en vervolgens te verteren. Dat dichtklappen vraagt veel energie. Om nutteloze pogingen te vermijden, registreert de plant een basispatroon dat verraadt dat er een insect in de val dreigt te lopen. Als een insect op de plant landt, dan tikt het haartjes aan die een signaal door de plant sturen. De plant klapt pas dicht als er binnen de vijftien seconden twee keer een signaal komt. Als daarna nog eens drie haartjes worden aangeraakt, veroorzaakt door een paniekerig insect, scheidt de plant verterende enzymen af.’

Luchtalarm

Planten detecteren ook wanneer ze zelf in gevaar zijn. ‘Planten beschikken bijvoorbeeld over receptoren waarmee ze voelen dat rupsen aan hun bladeren knagen’, zegt Filip Rolland. ‘Sommige planten slagen er zelfs in om de rupsensoort te identificeren op basis van chemische stoffen in hun speeksel. De plant produceert vervolgens signaalstoffen die de rest van de plant en naburige planten waarschuwen. De planten kunnen daar vervolgens op reageren met een passende chemische verdediging die een knagende rups uiteindelijk wegjaagt of doodt.’

Net zoals een koolmees zijn buren waarschuwt wanneer een kat door de tuin loopt, zo waarschuwen ook sommige planten elkaar. Ze doen het niet zo opzichtig als de koolmees, maar via stoffen die ze in de lucht of de bodem verspreiden, zogenaamde Volatile Organic Compounds of VOC’s. Sommige daarvan kunnen we ruiken, zoals de geur van gemaaid gras, maar veel ook niet. Het effect kan ontzettend sterk zijn. In 1991 berichtte een artikel in het Journal of African Zoology over de plotse sterfte van drieduizend koedoes, een grote antilope, in Zuid-Afrikaanse wildparken. De dieren waren vergiftigd door acaciabomen. Koedoes zijn nochtans gewend aan de bittere stoffen die de bomen produceren wanneer hun bladeren worden aangevreten. Door de droge winter hadden koedoes ongewoon veel van de acaciabladeren gegeten, waardoor ook de reactie van de bomen buiten proportie was. Giraffen hanteren trouwens een bijzondere tactiek om zo’n overdosis te voorkomen. Zij voeden zich enkel met bladeren van niet-aangetaste acacia’s en doen dat tegen de wind in, zodat ze het effect van de VOC’s vermijden.

‘Dat planten elkaar waarschuwen voor gevaren, doet aan altruïsme denken, maar dat beeld is hoogstwaarschijnlijk te romantisch’, aldus Charlotte Goeyers. ‘Eigenlijk herkennen planten vooral signalen die erop wijzen dat naburige planten zich aan het verdedigen zijn, en dus schieten ze zelf ook al in actie. In de biologie noemen we dat luistervinken.’

Horen zonder oren

Planten ‘luisteren’ niet alleen naar chemische signalen, ze kunnen ook echte geluiden opvangen, horen zonder oren dus. Marie Demey onderzoekt aan de Universiteit Gent hoe planten geluid waarnemen. ‘Verschillende studies suggereren dat planten dierlijke geluiden waarnemen en erop reageren. Zandraket (Arabidopsis thaliana) produceert giftige stoffen wanneer rupsen aan zijn bladeren knagen. De plant reageert feller wanneer vooraf het geluid van kauwende rupsen wordt afgespeeld. Wanneer de plant vervolgens wordt aangevallen, is zijn chemische reactie extra sterk ten opzichte van planten die het kauwgeluid op voorhand niet te horen kregen. Op geluiden van onschadelijke zaken zoals wind reageert de plant niet. Het fenomeen is bestudeerd bij zandraket, de witte labmuis van het plantenonderzoek, maar ook al waargenomen bij tabaksplanten en andere landbouwgewassen. Tabaksplanten starten hun chemische afweer zelfs van zodra er knaaggeluid weerklinkt. Er hoeft dus zelfs geen echte rups in de buurt te zijn. Het lijkt dus mogelijk om geluid te gebruiken als aanvulling op of zelfs alternatief voor insecticiden, vooral in kassen dan om geluidsoverlast voor de omgeving te beperken.’

Planten horen niet alleen hun vijanden, maar ook hun vrienden. Demey: ‘Bijen produceren zoemgeluiden met verschillende frequenties en intensiteit. Onder andere de strandteunisbloem (Oenothera drummondii) neemt deze geluiden waar en produceert vervolgens meteen zoetere nectar, waardoor de kans op bestuiving toeneemt. De plant ‘hoort’ bestuivers doordat de bloemen mee vibreren met het geluid van overvliegende bestuivers. De plant reageert niet op geluiden met een andere frequentie. Onderzoekers stelden ook al vast dat plantenwortels in de richting van het geluid van stromend water groeien, zelfs als dat water in een gesloten buis stroomt en dus niet bereikbaar is.’

Planten die in gevaar zijn, produceren chemische stoffen om zichzelf rechtstreeks te verweren, maar ook om bondgenoten te lokken. ‘Dat planten zo bestuivers aantrekken is het bekendste voorbeeld, maar sommige planten produceren ook stoffen die de vijanden van hun vijanden aantrekken’, zegt Filip Rolland. ‘Planten die door een rups worden aangevreten, produceren VOC’s die sluipwespen aantrekken. Sluipwespen leggen hun eitjes in rupsen, waardoor die sterven.’

Ondergronds speelt zich een gelijkaardig fenomeen af. Wanneer larven van de maiswortelkever (Diabrotica virgifera) aan de wortels van een plant knagen, produceert de plant stoffen die nematoden aantrekken. Die rondwormen parasiteren vervolgens op de keverlarven, waardoor ze sterven. Voor hun ondergrondse communicatie krijgen planten ook de hulp van schimmelnetwerken. Het meest besproken netwerk wordt gecreëerd door mycorrhiza. Hun schimmeldraden vormen netwerken waarlangs planten voedingsstoffen zoals water, stikstof en fosfor opnemen en delen met andere planten. ‘Wetenschappers weten al lang dat dit netwerk bestaat, maar het fenomeen werd de afgelopen jaren wat geromantiseerd’, zegt Schreel. ‘Het is geen ondergronds brein of een internet voor planten, maar wel een kanaal waarlangs planten en schimmels voedingsstoffen en stoffen die informatie over de omgeving bevatten uitwisselen. Dat gebeurt niet per sé bewust. Eigenlijk stroomt er gewoon een overschot van bijvoorbeeld water op de ene plaats naar een tekort op een andere plaats.’

Planten gebruiken ook elektrische signalen om te communiceren. Ze doen dat intern, bijvoorbeeld om andere weefsels te laten weten dat hun bladeren door een rups worden aangevreten. Die interne communicatie kan je vergelijken met ons zenuwstelsel. Plantenfysioloog Stanisław Karpiński van de Poolse Warsaw University toonde in 2022 aan dat planten die elektrische signalen ook aan elkaar doorgeven, zelfs tussen onverwante soorten. ‘De onderzoekers verbonden het blad van een paardenbloem met behulp van een geleidend draadje met een blad van een kruidje-roer-mij-niet’, legt Sophie Hendrix uit. ‘Dat kruidje-roer-mij-niet is heel gevoelig voor aanraking en voor elektrische signalen. Als ze de bladeren van de paardenbloem met een heet metalen staafje verwonden, dan reageert ook het kruidje-roer-mij-niet door de bladeren te laten hangen. Via de elektrische signalen voelt het plantje dus wat de paardenbloem voelt. We wisten al dat planten chemische signalen inwendig versturen, bijvoorbeeld van een blad naar de wortels, maar het is bijzonder dat planten die elkaar aanraken ook fysiek met elkaar communiceren.’

Praten met planten

Ingenieur Olivier Pieters ontwikkelde voor zijn doctoraat een soort brain-computer interface voor planten. Het systeem registreert met behulp van sensoren welke prikkels een plant ervaart en welke reactie dat uitlokt. De methode, die nog in de kinderschoenen staat, laat zo toe om naar de noden van een plant te luisteren en het gedrag van planten te voorspellen en te sturen. ‘De computer registreert bijvoorbeeld wanneer een plant dorst heeft, en reageert daarop door water te geven.’ Staat dat gelijk aan praten met planten? ‘Vulgariserend zou je kunnen zeggen van wel, maar een echte dialoog is het niet. We kunnen de noden van een plant wel veel beter interpreteren en gericht gaan reageren. Dat is zowel voor toepassingen in de landbouw als voor academisch plantenonderzoek interessant.’

De ‘dialoog’ tussen computer en plant kan volgens Pieters wel ons respect voor planten vergroten. ‘Het leert ons dat planten ingenieus op hun omgeving reageren. Of dat intelligentie is, hangt af van de definitie ervan. Die bestaat nu niet, maar in essentie kan je intelligentie omschrijven als het effectief reageren op prikkels, en in dat geval zijn planten zeker intelligent. Planten doen zelfs meer dan reageren: ze verkennen en anticiperen zelfs op hun omgeving. Dat planten geen brein hebben, betekent dus zeker niet dat ze niet intelligent kunnen zijn.’

Ook Rolland volgt die conclusie. ‘Er bestaat een passiebloem die op haar bladeren de eitjes van een vlinder kan nabootsen. Langsvliegende vlinders denken dat de plant bezet is, en laten ze met rust. Geniaal plantengedrag zoals dit is door evolutie doelmatig maar niet doelgericht ontstaan. Na soms duizenden jaren van trial-and-error blijkt iets te werken. Dieren hebben iets meer flexibiliteit om ter plaatse nieuwe strategieën uit te denken op basis van ervaringen. Maar je kunt je ook de vraag stellen: wat wij doen, is dat allemaal echt bewust of zit het in ons DNA geprogrammeerd? Anderzijds, planten zijn ontzettend succesvol zonder hersenen of bewustzijn. Ze hebben dat gewoon niet nodig.’