¿Por qué las plantas necesitan impulsos nerviosos?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

Robles centenarios, hierba exuberante, verduras frescas: de alguna manera no estamos acostumbrados a considerar a las plantas como seres vivos, y en vano. Los experimentos muestran que las plantas tienen una especie de análogo complejo del sistema nervioso y, al igual que los animales, pueden tomar decisiones, almacenar recuerdos, comunicarse e incluso darse regalos entre sí.

El profesor de la Universidad de Oakwood, Alexander Volkov, ayudó a comprender con más detalle la electrofisiología de las plantas.

Periodista: Nunca hubiera pensado que alguien estuviera haciendo electrofisiología vegetal hasta que encontré sus artículos

Alexander Volkov:Usted no está solo. El público en general está acostumbrado a ver las plantas como alimento o elementos del paisaje sin siquiera darse cuenta de que están vivas. Una vez estaba haciendo un informe en Helsinki sobre la electrofisiología de las plantas, y luego mis colegas se sorprendieron mucho: “Solía tratar un tema serio, los líquidos inmiscibles, pero ahora estaba tratando con algún tipo de frutas y verduras”. Pero no siempre fue así: los primeros libros sobre electrofisiología de plantas se publicaron en el siglo XVIII, y luego el estudio de animales y plantas se desarrolló de forma casi paralela. Por ejemplo, Darwin estaba convencido de que la raíz es una especie de cerebro, una computadora química que procesa señales de toda la planta (ver, por ejemplo, "Movimiento en las plantas"). Y luego llegó la Primera Guerra Mundial y todos los recursos se dedicaron al estudio de la electrofisiología de los animales, porque la gente necesitaba nuevos medicamentos.

W: Parece lógico: los ratones de laboratorio todavía están mucho más cerca de los humanos que las violetas

AV:En realidad, las diferencias entre plantas y animales no son tan grandes, y en electrofisiología generalmente son mínimas. Las plantas tienen un análogo casi completo de una neurona: tejido conductor del floema. Tiene la misma composición, tamaño y función que las neuronas. La única diferencia es que en los animales, los canales iónicos de sodio y potasio se utilizan en las neuronas para transmitir potenciales de acción, mientras que en las plantas se utilizan canales de iones de floema, cloruro y potasio. Esa es toda la diferencia en neurofisiología. Los alemanes han encontrado recientemente sinapsis químicas en las plantas, somos eléctricos y, en general, las plantas tienen los mismos neurotransmisores que los animales. Me parece que esto es incluso lógico: si yo estuviera creando el mundo, y soy un holgazán, haría todo igual para que todo sea compatible.

¿Por qué las plantas necesitan impulsos nerviosos?

No pensamos en eso, pero las plantas en su vida procesan incluso más tipos de señales del entorno externo que los humanos o cualquier otro animal. Reaccionan a la luz, el calor, la gravedad, la composición salina del suelo, el campo magnético, varios patógenos y cambian de manera flexible su comportamiento bajo la influencia de la información recibida. Por ejemplo, en el laboratorio de Stefano Mancuso de la Universidad de Florencia, se llevaron a cabo experimentos con dos brotes de frijol trepador. Los científicos establecieron un soporte común entre las plantas y los brotes comenzaron a correr hacia él. Pero tan pronto como la primera planta se subió al soporte, la segunda inmediatamente pareció reconocerse derrotada y dejó de crecer en esa dirección. Entendió que la lucha por los recursos no tiene sentido y que es mejor buscar la felicidad en otro lado.

W: Las plantas no se mueven, crecen lentamente y generalmente viven sin prisas. Parece que sus impulsos nerviosos también deberían propagarse mucho más lentamente

Alexander Volkov: Este es un engaño que existe desde hace mucho tiempo en la ciencia. En los años 70 del siglo XIX, los británicos midieron que el potencial de acción del atrapamoscas Venus se propaga a una velocidad de 20 centímetros por segundo, pero esto fue un error. Eran biólogos y no conocían en absoluto la técnica de las medidas eléctricas: en sus experimentos, los británicos utilizaron voltímetros lentos, que registraban impulsos nerviosos incluso más lentos de lo que se propagaban, lo cual es completamente inaceptable. Ahora sabemos que los impulsos nerviosos pueden atravesar las plantas a velocidades muy diferentes, según el lugar de excitación de la señal y su naturaleza. La velocidad máxima de propagación de los potenciales de acción en las plantas es comparable a los mismos indicadores en los animales, y el tiempo de relajación después del paso del potencial de acción puede variar de milisegundos a varios segundos.

W: ¿Para qué usan las plantas estos impulsos nerviosos?

AV: Un ejemplo de libro de texto es el atrapamoscas de Venus, que ya he mencionado. Estas plantas viven en áreas con suelo muy húmedo, que es difícil de penetrar el aire y, por lo tanto, hay poco nitrógeno en este suelo. Los papamoscas obtienen la falta de esta sustancia esencial al comer insectos y ranas pequeñas, que capturan con una trampa eléctrica: dos pétalos, cada uno de los cuales tiene tres sensores piezomecánicos integrados. Cuando un insecto se posa sobre cualquiera de los pétalos y toca estos receptores con su pata, se genera en ellos un potencial de acción. Si un insecto toca el sensor mecánico dos veces en 30 segundos, la trampa se cierra de golpe en una fracción de segundo. Verificamos el funcionamiento de este sistema, aplicamos una señal eléctrica artificial a la trampa del atrapamoscas Venus y todo funcionó de la misma manera, la trampa estaba cerrada. Luego repetimos estos experimentos con mimosa y otras plantas y así demostramos que es posible forzar a las plantas a abrirse, cerrarse, moverse, inclinarse; en general, haz lo que quieras, usando señales eléctricas. En este caso, las excitaciones externas de diferente naturaleza generan potenciales de acción en las plantas, que pueden diferir en amplitud, velocidad y duración.

W: ¿A qué más pueden reaccionar las plantas?

AV: Si corta el césped en su casa de campo, los potenciales de acción irán inmediatamente a las raíces de las plantas. La expresión de algunos genes comenzará en ellos y la síntesis de peróxido de hidrógeno se activará en los cortes, lo que protege a las plantas de la infección. De la misma manera, si cambia la dirección de la luz, durante los primeros 100 segundos la planta no reaccionará a ella de ninguna manera, para cortar la opción de una sombra de un pájaro o un animal, y luego Las señales eléctricas volverán a pasar, según las cuales la planta girará en segundos de manera que se maximice la captura del flujo luminoso. Sucederá lo mismo, y cuando empiece a gotear agua hirviendo, cuando encienda un mechero encendido y cuando ponga la planta en hielo, las plantas reaccionan a cualquier estímulo con la ayuda de señales eléctricas que controlan sus respuestas a cambios ambientales. condiciones.

Planta de memoria

Las plantas no solo saben cómo reaccionar ante el entorno externo y, aparentemente, calculan sus acciones, sino que también atan algunas relaciones sociales entre ellas. Por ejemplo, las observaciones del forestal alemán Peter Volleben muestran que los árboles tienen una especie de amistad: los árboles socios están entrelazados con raíces y controlan cuidadosamente que sus copas no interfieran con el crecimiento de los demás, mientras que los árboles aleatorios no tienen ningún sentimiento especial por para sus vecinos, siempre tratan de hacerse con más espacio para vivir. Al mismo tiempo, la amistad también puede surgir entre árboles de diferentes tipos. Así, en los experimentos del mismo Mancuso, los científicos observaron cómo, poco antes de la muerte de Douglas, parece que deja un legado: un pino amarillo no lejos de él envió una gran cantidad de materia orgánica a través del sistema radicular.

W: ¿Las plantas tienen memoria?

Alexander Volkov: Las plantas tienen todos los mismos tipos de memoria que los animales. Por ejemplo, hemos demostrado que la Venus atrapamoscas posee memoria: para que la trampa funcione es necesario enviarle 10 micropares de electricidad, pero resulta que esto no tiene que hacerse en una sola sesión. Primero puedes servir dos microculombios, luego otros cinco y así sucesivamente. Cuando el total sea 10, a la planta le parecerá que ha entrado un insecto y se cerrará de golpe. Lo único es que no puede tomar descansos de más de 40 segundos entre sesiones, de lo contrario, el contador se restablecerá a cero; obtiene una memoria a tan corto plazo. Y la memoria a largo plazo de las plantas es aún más fácil de ver: por ejemplo, una helada de primavera nos golpeó el 30 de abril y, literalmente, de la noche a la mañana todas las flores se congelaron en la higuera, y al año siguiente no floreció hasta el 1 de mayo. porque recordó lo que era. Los fisiólogos de plantas han realizado muchas observaciones similares durante los últimos 50 años.

W: ¿Dónde se almacena la memoria de la planta?

AV: Una vez conocí en una conferencia en Canarias a Leon Chua, quien en un momento predijo la existencia de memristores - resistencias con la memoria de la corriente pasada. Entramos en una conversación: Chua no sabía casi nada sobre los canales iónicos y la electrofisiología de las plantas, yo … sobre los memristores. Como resultado, me pidió que intentara buscar memristores in vivo, porque según sus cálculos deberían estar asociados a la memoria, pero hasta ahora nadie los ha encontrado en seres vivos. Lo hicimos todo: mostramos que los canales de potasio dependientes del voltaje del aloe vera, la mimosa y la misma Venus atrapamoscas son memristores por naturaleza, y en los siguientes trabajos, se encontraron propiedades memristivas en manzanas, papas, semillas de calabaza y diferentes flores. Es muy posible que la memoria de las plantas esté ligada precisamente a estos memristores, pero aún no se sabe con certeza.

W: Las plantas saben tomar decisiones, tienen memoria. El siguiente paso son las interacciones sociales. ¿Pueden las plantas comunicarse entre sí?

AV: Ya sabes, en Avatar hay un episodio en el que los árboles se comunican entre sí bajo tierra. Esto no es una fantasía, como podría pensarse, sino un hecho establecido. Cuando vivía en la URSS, íbamos a menudo a recoger hongos y todos sabían que el hongo debe cortarse con cuidado con un cuchillo para no dañar el micelio. Ahora resulta que el micelio es un cable eléctrico a través del cual los árboles pueden comunicarse entre sí y con los hongos. Además, existe mucha evidencia de que los árboles intercambian no solo señales eléctricas a lo largo del micelio, sino también compuestos químicos o incluso virus y bacterias peligrosos.

W: ¿Qué puedes decir sobre el mito de que las plantas entienden el habla humana y, por lo tanto, debes hablarles con amabilidad y calma para que crezcan mejor?

AV: Esto es solo un mito, nada más.

W: ¿Podemos aplicar los términos "dolor", "pensamientos", "conciencia" a las plantas?

AV: No sé nada de esto. Éstas son ya cuestiones de filosofía. El verano pasado en San Petersburgo hubo un simposio sobre señales en las plantas, y varios filósofos de diferentes países vinieron a la vez, por lo que ahora se está comenzando a tratar este tema. Pero estoy acostumbrado a hablar sobre lo que puedo probar o calcular experimentalmente.

Plantas como sensores

Las plantas pueden coordinar sus acciones mediante redes ramificadas. Por lo tanto, la acacia que crece en la sabana africana no solo libera una sustancia tóxica en sus hojas cuando las jirafas comienzan a comerla, sino que también emite un "gas de alarma" volátil que envía una señal de socorro a las plantas circundantes. Como resultado, en busca de comida, las jirafas tienen que moverse no hacia los árboles más cercanos, sino alejarse de ellos en promedio 350 metros. Hoy en día, los científicos sueñan con utilizar tales redes de sensores vivos, depurados por la naturaleza, para el monitoreo ambiental y otras tareas.

W: ¿Ha intentado poner en práctica su investigación en electrofisiología vegetal?

Alexander Volkov: Tengo patentes para predecir y registrar terremotos usando plantas. En vísperas de los terremotos (en diferentes partes del mundo, el intervalo de tiempo varía de dos a siete días), el movimiento de la corteza terrestre provoca campos electromagnéticos característicos. En un momento, los japoneses propusieron arreglarlos con la ayuda de antenas gigantes: piezas de hierro de dos kilómetros de altura, pero nadie pudo construir tales antenas, y esto no es necesario. Las plantas son tan sensibles a los campos electromagnéticos que pueden predecir terremotos mejor que cualquier antena. Por ejemplo, usamos aloe vera para estos fines: conectamos electrodos de cloruro de plata a sus hojas, registramos la actividad eléctrica y procesamos los datos.

W: Suena absolutamente fantástico. ¿Por qué este sistema todavía no se implementa en la práctica?

AV: Hubo un problema inesperado aquí. Mira: digamos que eres el alcalde de San Francisco y te enteras de que habrá un terremoto en dos días. ¿Qué vas a hacer? Si le cuenta a la gente sobre esto, entonces como resultado del pánico y el aplastamiento, incluso más personas pueden morir o resultar heridas que en un terremoto. Debido a tales restricciones, ni siquiera puedo discutir públicamente los resultados de nuestro trabajo en la prensa abierta. En cualquier caso, creo que tarde o temprano tendremos una variedad de sistemas de monitoreo operando en plantas de sensores. Por ejemplo, en uno de nuestros trabajos, hemos demostrado que mediante el análisis de señales electrofisiológicas, es posible crear un sistema para el diagnóstico instantáneo de diversas enfermedades de las plantas agrícolas.

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