Per què les plantes necessiten impulsos nerviosos

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Alzines centenàries, herba exuberant, verdures fresques: d'alguna manera no estem acostumats a considerar les plantes com a éssers vius, i en va. Els experiments mostren que les plantes tenen una mena d'anàleg complex del sistema nerviós i, igual que els animals, són capaços de prendre decisions, emmagatzemar records, comunicar-se i fins i tot donar-se regals.

El professor de la Universitat Oakwood Alexander Volkov va ajudar a entendre amb més detall l'electrofisiologia de les plantes.

Periodista: Mai hauria pensat que algú estava fent electrofisiologia vegetal fins que em vaig trobar amb els vostres articles

Alexander Volkov:No estàs sol. El públic en general està acostumat a veure les plantes com a aliments o elements paisatgístics sense ni tan sols adonar-se que són vives. Una vegada estava fent un reportatge a Hèlsinki sobre l'electrofisiologia de les plantes, i aleshores els meus companys van quedar molt sorpresos: “Abans tractava un tema seriós: els líquids immiscibles, però ara m'ocupava d'algun tipus de fruites i verdures”. Però no sempre va ser així: els primers llibres d'electrofisiologia de les plantes es van publicar al segle XVIII, i després l'estudi dels animals i les plantes va procedir de maneres gairebé paral·leles. Per exemple, Darwin estava convençut que l'arrel és una mena de cervell, un ordinador químic que processa senyals de tota la planta (vegeu, per exemple, "Moviment de les plantes"). I després va arribar la Primera Guerra Mundial i es van dedicar tots els recursos a l'estudi de l'electrofisiologia dels animals, perquè la gent necessitava nous fàrmacs.

W: Sembla lògic: els ratolins de laboratori encara estan molt més a prop dels humans que les violetes

A. V:En realitat, les diferències entre plantes i animals no són gens tan grans, i en electrofisiologia són generalment mínimes. Les plantes tenen un anàleg gairebé complet d'un teixit conductor neurona - floema. Té la mateixa composició, mida i funció que les neurones. L'única diferència és que en els animals s'utilitzen canals iònics de sodi i potassi a les neurones per transmetre potencials d'acció, mentre que en el floema vegetal s'utilitzen canals iònics de clorur i potassi. Aquesta és tota la diferència en neurofisiologia. Els alemanys han trobat recentment sinapsis químiques a les plantes, nosaltres som elèctrics i, en general, les plantes tenen els mateixos neurotransmissors que els animals. A mi em sembla fins i tot lògic: si jo creés el món, i sóc una persona mandrosa, ho faria tot igual perquè tot fos compatible.

Per què les plantes necessiten impulsos nerviosos?

No ho pensem, però les plantes en la seva vida processen encara més tipus de senyals del medi extern que els humans o qualsevol altre animal. Reaccionen a la llum, la calor, la gravetat, la composició salina del sòl, el camp magnètic, diversos patògens i canvien de manera flexible el seu comportament sota la influència de la informació rebuda. Per exemple, al laboratori de Stefano Mancuso de la Universitat de Florència, es van fer experiments amb dos brots de mongetes enfiladisses. Els científics van establir un suport comú entre les plantes i els brots van començar a córrer cap a ell. Però tan bon punt la primera planta va pujar al suport, la segona immediatament va semblar reconèixer-se derrotada i va deixar de créixer en aquesta direcció. Va entendre que la lluita pels recursos no té sentit i que és millor buscar la felicitat en un altre lloc.

W: Les plantes no es mouen, creixen lentament i, en general, viuen sense presses. Sembla que els seus impulsos nerviosos també haurien de propagar-se molt més lentament

Alexander Volkov: Aquest és un engany que fa temps que existeix a la ciència. A la dècada dels 70 del segle XIX, els britànics van mesurar que el potencial d'acció de la Venus atrapamosques s'estén a una velocitat de 20 centímetres per segon, però això va ser un error. Eren biòlegs i no coneixien gens la tècnica de les mesures elèctriques: en els seus experiments, els britànics utilitzaven voltímetres lents, que registraven els impulsos nerviosos encara més lents del que es propagaven, cosa que és totalment inacceptable. Ara sabem que els impulsos nerviosos poden travessar les plantes a velocitats molt diferents, depenent del lloc d'excitació del senyal i de la seva naturalesa. La velocitat màxima de propagació dels potencials d'acció a les plantes és comparable als mateixos indicadors en animals, i el temps de relaxació després del pas del potencial d'acció pot variar des de mil·lisegons fins a diversos segons.

W: Per a què utilitzen les plantes aquests impulsos nerviosos?

A. V: Un exemple de llibre de text és la Venus atrapamosques, que ja he esmentat. Aquestes plantes viuen en zones amb un sòl molt humit, que és difícil que l'aire penetri i, per tant, hi ha poc nitrogen en aquest sòl. Els papamosques aconsegueixen la manca d'aquesta substància essencial menjant insectes i granotes petites, que agafen amb una trampa elèctrica: dos pètals, cadascun dels quals té tres sensors piezomecànics integrats. Quan un insecte s'asseu sobre qualsevol dels pètals i toca aquests receptors amb la seva pota, en ells es genera un potencial d'acció. Si un insecte toca el mecanosensor dues vegades en 30 segons, la trampa es tanca de cop en una fracció de segon. Hem comprovat el funcionament d'aquest sistema - hem aplicat un senyal elèctric artificial a la trampa del paramosques Venus, i tot funcionava de la mateixa manera - la trampa estava tancada. Després vam repetir aquests experiments amb mimosa i altres plantes i així vam demostrar que és possible forçar les plantes a obrir-se, tancar-se, moure's, ajupir-se; en general, fes el que vulguis, utilitzant senyals elèctrics. En aquest cas, les excitacions externes de diferent naturalesa generen potencials d'acció en les plantes, que poden diferir en amplitud, velocitat i durada.

W: A què més poden reaccionar les plantes?

A. V: Si talleu l'herba a la vostra casa de camp, els potencials d'acció aniran immediatament a les arrels de les plantes. En ells s'iniciarà l'expressió d'alguns gens i en els talls s'activa la síntesi de peròxid d'hidrogen, que protegeix les plantes de la infecció. De la mateixa manera, si canvieu la direcció de la llum, durant els primers 100 segons la planta no hi reaccionarà de cap manera, per tal de tallar l'opció d'una ombra d'un ocell o d'un animal, i després Els senyals elèctrics tornaran a sortir, segons els quals la planta girarà en segons de manera que es maximitzi la captura del flux lluminós. Passarà tot el mateix, i quan comencis a degotejar aigua bullint, i quan treus un encenedor encesa i quan poses la planta al gel, les plantes reaccionen a qualsevol estímul amb l'ajuda de senyals elèctrics que controlen les seves respostes als canvis ambientals. condicions.

Memòria vegetal

Les plantes no només saben com reaccionar davant l'entorn extern i, pel que sembla, calculen les seves accions, sinó que també lliguen algunes relacions socials entre elles. Per exemple, les observacions del forestal alemany Peter Volleben mostren que els arbres tenen una mena d'amistat: els arbres socis s'entrellacen amb les arrels i controlen acuradament que les seves capes no interfereixin amb el creixement dels altres, mentre que els arbres aleatoris no tenen cap sentiment especial per als seus veïns, sempre intenten agafar més espai habitable. Al mateix temps, també pot sorgir l'amistat entre arbres de diferents tipus. Així, en els experiments del mateix Mancuso, els científics van observar com, poc abans de la mort de Douglas, sembla que deixa un llegat: un pi groc no gaire llunyà enviava una gran quantitat de matèria orgànica a través del sistema radicular.

W: Les plantes tenen memòria?

Alexander Volkov: Les plantes tenen tots els mateixos tipus de memòria que els animals. Per exemple, hem demostrat que la trampa Venus posseeix memòria: perquè la trampa funcioni, cal enviar-hi 10 microparells d'electricitat, però resulta que això no s'ha de fer en una sessió. Primer podeu servir dos microcoulombs, després altres cinc, i així successivament. Quan el total sigui 10, a la planta li semblarà que hi ha un insecte i es tancarà de cop. L'única cosa és que no podeu fer pauses de més de 40 segons entre sessions, en cas contrari el comptador es reiniciarà a zero; obteniu una memòria a curt termini. I la memòria a llarg termini de les plantes és encara més fàcil de veure: per exemple, una gelada de primavera ens va colpejar el 30 d'abril i, literalment, de la nit al dia, totes les flors es van congelar a la figuera i l'any següent no va florir fins a l'1 de maig. perquè recordava què era, va acabar. Els fisiòlegs vegetals han fet moltes observacions similars durant els últims 50 anys.

W: On s'emmagatzema la memòria de les plantes?

A. V: Una vegada em vaig trobar en una conferència a les Illes Canàries Leon Chua, que en un moment va predir l'existència de memristors, resistències amb la memòria del corrent passat. Vam entrar en una conversa: Chua no sabia gairebé res sobre els canals iònics i l'electrofisiologia de les plantes, jo, sobre els memristors. En conseqüència, em va demanar que intentés buscar memristors in vivo, perquè segons els seus càlculs haurien d'estar associats a la memòria, però fins ara ningú els ha trobat en els éssers vius. Ho vam fer tot: vam demostrar que els canals de potassi que depenen del voltatge de l'àloe vera, la mimosa i el mateix atrapamosques de Venus són memristors per naturalesa, i en els treballs següents, es van trobar propietats memristives en pomes, patates, llavors de carbassa i diferents flors. És molt possible que la memòria de les plantes estigui lligada precisament a aquests memristors, però encara no se sap del cert.

W: Les plantes saben prendre decisions, tenen memòria. El següent pas són les interaccions socials. Les plantes poden comunicar-se entre elles?

A. V: Ja sabeu, a Avatar hi ha un episodi on els arbres es comuniquen entre ells sota terra. Això no és una fantasia, com es podria pensar, sinó un fet establert. Quan vivia a l'URSS, anàvem sovint a collir bolets i tothom sabia que el bolet s'havia de tallar amb cura amb un ganivet per no danyar el miceli. Ara resulta que el miceli és un cable elèctric a través del qual els arbres es poden comunicar tant entre ells com amb els bolets. A més, hi ha moltes proves que els arbres intercanvien no només senyals elèctrics al llarg del miceli, sinó també compostos químics o fins i tot virus i bacteris perillosos.

W: Què pots dir del mite que les plantes entenen la parla humana i, per tant, cal parlar-hi amablement i amb calma perquè creixin millor?

A. V: Això és només un mite, res més.

W: Podem aplicar els termes "dolor", "pensaments", "consciència" a les plantes?

A. V: No en sé res d'això. Aquestes ja són qüestions de filosofia. L'estiu passat a Sant Petersburg hi va haver un simposi sobre senyals a les plantes, i diversos filòsofs de diferents països hi van venir alhora, així que ara es comença a tractar aquest tema. Però estic acostumat a parlar del que puc provar o calcular experimentalment.

Les plantes com a sensors

Les plantes poden coordinar les seves accions mitjançant xarxes ramificades. Així, l'acàcia que creix a la sabana africana no només allibera una substància tòxica a les seves fulles quan les girafes la comencen a menjar, sinó que també emet un "gas d'alarma" volàtil que envia un senyal de socors a les plantes del voltant. Com a resultat, a la recerca d'aliment, les girafes s'han de moure no als arbres més propers, sinó allunyar-se'n una mitjana de 350 metres. Avui els científics somien amb utilitzar aquestes xarxes de sensors vius, depurades per la natura, per a la vigilància ambiental i altres tasques.

W: Has intentat posar en pràctica la teva investigació en electrofisiologia vegetal?

Alexander Volkov: Tinc patents per predir i registrar terratrèmols amb plantes. A la vigília dels terratrèmols (a diferents parts del món, l'interval de temps varia de dos a set dies), el moviment de l'escorça terrestre provoca camps electromagnètics característics. En un moment, els japonesos van proposar arreglar-los amb l'ajuda d'antenes gegants: peces de ferro de dos quilòmetres d'alçada, però ningú no podia construir aquestes antenes, i això no és necessari. Les plantes són tan sensibles als camps electromagnètics que poden predir els terratrèmols millor que qualsevol antena. Per exemple, vam utilitzar àloe vera per a aquests propòsits: vam connectar elèctrodes de clorur de plata a les seves fulles, vam registrar l'activitat elèctrica i vam processar les dades.

W: Sona absolutament fantàstic. Per què aquest sistema encara no s'aplica a la pràctica?

A. V: Aquí hi va haver un problema inesperat. Mira: diguem que ets l'alcalde de San Francisco i descobreix que d'aquí a dos dies hi haurà un terratrèmol. Què faràs? Si expliques això a la gent, com a resultat del pànic i l'aixafament, encara més persones poden morir o resultar ferides que en un terratrèmol. A causa d'aquestes restriccions, ni tan sols puc parlar públicament dels resultats del nostre treball a la premsa oberta. En qualsevol cas, crec que tard o d'hora tindrem una varietat de sistemes de monitorització operant en plantes de sensors. Per exemple, en un dels nostres treballs, hem demostrat que mitjançant l'anàlisi de senyals electrofisiològics, és possible crear un sistema per al diagnòstic instantani de diverses malalties de les plantes agrícoles.

Més sobre el tema:

Planta ment

Llenguatge de les plantes