Por que as plantas precisam de impulsos nervosos

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Carvalhos centenários, grama exuberante, vegetais frescos - de alguma forma, não estamos acostumados a considerar as plantas como criaturas vivas, e em vão. Experimentos mostram que as plantas têm uma espécie de análogo complexo do sistema nervoso e, assim como os animais, são capazes de tomar decisões, armazenar memórias, comunicar-se e até dar presentes umas às outras.

O professor da Oakwood University Alexander Volkov ajudou a entender com mais detalhes a eletrofisiologia das plantas.

Jornalista: Eu nunca teria pensado que alguém estava fazendo eletrofisiologia vegetal até que encontrei seus artigos

Alexander Volkov:Você não está sozinho. O público em geral está acostumado a ver as plantas como alimentos ou elementos da paisagem, mesmo sem perceber que estão vivas. Uma vez eu estava fazendo um relatório em Helsinque sobre eletrofisiologia das plantas, e então meus colegas ficaram muito surpresos: “Eu costumava lidar com um assunto sério - líquidos imiscíveis, mas agora estava lidando com algum tipo de frutas e vegetais”. Mas nem sempre foi assim: os primeiros livros sobre eletrofisiologia das plantas foram publicados no século 18, e depois o estudo dos animais e das plantas prosseguiu de maneira quase paralela. Por exemplo, Darwin estava convencido de que a raiz é uma espécie de cérebro, um computador químico que processa sinais de toda a planta (ver, por exemplo, "Movimento nas Plantas"). E então veio a Primeira Guerra Mundial e todos os recursos foram investidos no estudo da eletrofisiologia dos animais, porque as pessoas precisavam de novos medicamentos.

T: Parece lógico: os ratos de laboratório ainda estão muito mais próximos dos humanos do que as violetas

A. V:Na realidade, as diferenças entre plantas e animais não são tão grandes e, em eletrofisiologia, geralmente são mínimas. As plantas têm um análogo quase completo de um tecido condutor neurônio-floema. Ele tem a mesma composição, tamanho e função dos neurônios. A única diferença é que, nos animais, os canais iônicos de sódio e potássio são usados nos neurônios para transmitir potenciais de ação, enquanto no floema das plantas são usados os canais iônicos de cloreto e potássio. Essa é toda a diferença em neurofisiologia. Os alemães descobriram recentemente sinapses químicas nas plantas, nós somos elétricos e, em geral, as plantas têm os mesmos neurotransmissores que os animais. Parece-me que isso é até lógico: se eu estivesse criando o mundo, e sou uma pessoa preguiçosa, faria tudo igual para que tudo fosse compatível.

Por que as plantas precisam de impulsos nervosos?

Não pensamos nisso, mas as plantas em sua vida processam ainda mais tipos de sinais do ambiente externo do que os humanos ou quaisquer outros animais. Eles reagem à luz, calor, gravidade, composição de sal do solo, campo magnético, vários patógenos e mudam de forma flexível seu comportamento sob a influência das informações recebidas. Por exemplo, no laboratório de Stefano Mancuso, da Universidade de Florença, foram realizados experimentos com dois brotos de feijão trepadores. Os cientistas estabeleceram um suporte comum entre as plantas e os brotos começaram a correr para ele. Mas assim que a primeira planta subiu no suporte, a segunda imediatamente pareceu se reconhecer derrotada e parou de crescer nessa direção. Ele entendeu que a luta por recursos não tem sentido e é melhor procurar a felicidade em outro lugar.

W: As plantas não se movem, crescem lentamente e geralmente vivem sem pressa. Parece que seus impulsos nervosos também deveriam se propagar muito mais lentamente

Alexander Volkov: Esta é uma ilusão que existe há muito tempo na ciência. Na década de 70 do século XIX, os ingleses mediram que o potencial de ação da armadilha da Vênus se espalhava a uma velocidade de 20 centímetros por segundo, mas isso foi um erro. Eles eram biólogos e não conheciam a técnica de medições elétricas: em seus experimentos, os britânicos usavam voltímetros lentos, que registravam os impulsos nervosos ainda mais lentos do que se propagavam, o que é completamente inaceitável. Agora sabemos que os impulsos nervosos podem percorrer as plantas em velocidades muito diferentes, dependendo do local de excitação do sinal e de sua natureza. A velocidade máxima de propagação dos potenciais de ação em plantas é comparável aos mesmos indicadores em animais, e o tempo de relaxamento após a passagem do potencial de ação pode variar de milissegundos a vários segundos.

W: Para que as plantas usam esses impulsos nervosos?

A. V: Um exemplo clássico é a armadilha de Vênus, que já mencionei. Essas plantas vivem em áreas com solo muito úmido, de difícil penetração do ar e, portanto, há pouco nitrogênio nesse solo. Os papa-moscas ficam com a falta dessa substância essencial comendo insetos e pequenos sapos, que pegam com uma armadilha elétrica - duas pétalas, cada uma com três sensores piezomecânicos embutidos. Quando um inseto se senta em qualquer uma das pétalas e toca esses receptores com a pata, um potencial de ação é gerado neles. Se um inseto tocar o mecanossensor duas vezes em 30 segundos, a armadilha será fechada em uma fração de segundo. Verificamos o funcionamento desse sistema - aplicamos um sinal elétrico artificial à armadilha da armadilha da mosca de Vênus e tudo funcionava da mesma maneira - a armadilha estava fechada. Repetimos esses experimentos com a mimosa e outras plantas e mostramos que é possível forçar as plantas a abrir, fechar, se mover, se curvar - em geral, faça o que quiser, usando sinais elétricos. Nesse caso, excitações externas de natureza diferente geram potenciais de ação nas plantas, que podem diferir em amplitude, velocidade e duração.

W: A que mais as plantas podem reagir?

A. V: Se você cortar a grama em sua casa de campo, os potenciais de ação irão imediatamente para as raízes das plantas. Neles começa a expressão de alguns genes, e nos cortes é ativada a síntese de peróxido de hidrogênio, que protege as plantas da infecção. Da mesma forma, se você mudar a direção da luz, nos primeiros 100 segundos a planta não reagirá a ela de forma alguma, a fim de eliminar a opção de sombra de um pássaro ou animal, e então os sinais elétricos irão novamente, segundo os quais a planta girará em segundos de forma a maximizar a captura do fluxo luminoso. Tudo o mesmo acontecerá, e quando você começar a pingar água fervente, e quando você acender um isqueiro aceso, e quando você colocar a planta no gelo - as plantas reagem a qualquer estímulo com a ajuda de sinais elétricos que controlam suas respostas às mudanças ambientais condições.

Memória da planta

As plantas não só sabem reagir ao meio externo e, aparentemente, calcular suas ações, mas também amarrar algumas relações sociais entre si. Por exemplo, as observações do guarda florestal alemão Peter Volleben mostram que as árvores têm uma espécie de amizade: as árvores parceiras estão entrelaçadas com raízes e monitoram cuidadosamente para que suas copas não interfiram no crescimento uma da outra, enquanto as árvores aleatórias não têm nenhum sentimento especial por para seus vizinhos, eles sempre tentam agarrar para si mais espaço vital. Ao mesmo tempo, a amizade também pode surgir entre árvores de diferentes tipos. Assim, nos experimentos do mesmo Mancuso, os cientistas observaram como, pouco antes da morte de Douglas, parece que ele deixa um legado: um pinheiro amarelo não muito longe dele enviava uma grande quantidade de matéria orgânica pelo sistema radicular.

W: As plantas têm memória?

Alexander Volkov: As plantas têm todos os mesmos tipos de memória dos animais. Por exemplo, mostramos que a armadilha de voar de Vênus possui memória: para que a armadilha funcione, 10 microcopares de eletricidade devem ser enviados a ela, mas acontece que isso não precisa ser feito em uma sessão. Você pode servir primeiro dois microcoulombs, depois outros cinco e assim por diante. Quando o total for 10, a planta parecerá que um inseto entrou nela e ela se fechará. A única coisa é que você não pode fazer pausas de mais de 40 segundos entre as sessões, caso contrário, o contador será zerado - você obtém uma memória de curto prazo. E a memória de longo prazo das plantas é ainda mais fácil de ver: por exemplo, uma geada de primavera nos atingiu em 30 de abril e, literalmente, da noite para o dia todas as flores da figueira congelaram, e no ano seguinte ela não floresceu até 1º de maio, porque lembrava o que era. Muitas observações semelhantes foram feitas por fisiologistas de plantas nos últimos 50 anos.

W: Onde a memória da planta é armazenada?

A. V: Certa vez, conheci em uma conferência nas Ilhas Canárias Leon Chua, que certa vez previu a existência de memristors - resistências com a memória da corrente passada. Começamos uma conversa: Chua não sabia quase nada sobre canais iônicos e eletrofisiologia das plantas, I - sobre memristores. Como resultado, ele me pediu para tentar procurar memristores in vivo, porque de acordo com seus cálculos, eles deveriam estar associados à memória, mas até agora ninguém os encontrou em seres vivos. Fizemos tudo: mostramos que os canais de potássio dependentes de voltagem de aloe vera, mimosa e a mesma armadilha de Vênus são memristores por natureza e, nas obras a seguir, propriedades memristivas foram encontradas em maçãs, batatas, sementes de abóbora e diferentes flores. É bem possível que a memória das plantas esteja precisamente ligada a esses memristores, mas ainda não se sabe ao certo.

T: As plantas sabem tomar decisões, têm memória. A próxima etapa são as interações sociais. As plantas podem se comunicar umas com as outras?

A. V: Você sabe, em Avatar há um episódio em que as árvores se comunicam no subsolo. Isso não é uma fantasia, como se poderia pensar, mas um fato estabelecido. Quando eu morava na URSS, costumávamos colher cogumelos e todos sabiam que o cogumelo deve ser cortado com cuidado com uma faca para não danificar o micélio. Agora descobriu-se que o micélio é um cabo elétrico por meio do qual as árvores podem se comunicar tanto umas com as outras quanto com os cogumelos. Além disso, há muitas evidências de que as árvores trocam não apenas sinais elétricos ao longo do micélio, mas também compostos químicos ou mesmo vírus e bactérias perigosos.

W: O que você pode dizer sobre o mito de que as plantas entendem a fala humana e, portanto, você precisa falar com elas com gentileza e calma para que cresçam melhor?

A. V: Isso é apenas um mito, nada mais.

W: Podemos aplicar os termos "dor", "pensamentos", "consciência" às plantas?

A. V: Eu não sei nada sobre isso. Essas já são questões de filosofia. No verão passado, em São Petersburgo, houve um simpósio sobre sinais em plantas, e vários filósofos de diferentes países compareceram ao mesmo tempo, portanto, esse tópico está começando a ser tratado. Mas estou acostumado a falar sobre o que posso testar ou calcular experimentalmente.

Plantas como sensores

As plantas são capazes de coordenar suas ações por meio de redes ramificadas. Assim, a acácia que cresce na savana africana não apenas libera uma substância tóxica em suas folhas quando as girafas começam a comê-la, mas também emite um "gás de alarme" volátil que envia um sinal de socorro às plantas vizinhas. Com isso, em busca de alimento, as girafas precisam se deslocar não para as árvores mais próximas, mas para se distanciar delas em média 350 metros. Hoje os cientistas sonham em usar essas redes de sensores vivos, depurados pela natureza, para monitoramento ambiental e outras tarefas.

W: Você já tentou colocar sua pesquisa em eletrofisiologia vegetal em prática?

Alexander Volkov: Tenho patentes para prever e registrar terremotos usando plantas. Às vésperas dos terremotos (em diferentes partes do mundo, o intervalo de tempo varia de dois a sete dias), o movimento da crosta terrestre provoca campos eletromagnéticos característicos. Ao mesmo tempo, os japoneses propuseram consertá-los com a ajuda de antenas gigantes - pedaços de ferro de dois quilômetros de altura, mas ninguém poderia construir tais antenas, e isso não é necessário. As plantas são tão sensíveis aos campos eletromagnéticos que podem prever terremotos melhor do que qualquer antena. Por exemplo, usamos aloe vera para esses fins - conectamos eletrodos de cloreto de prata às suas folhas, registramos a atividade elétrica e processamos os dados.

W: Parece absolutamente fantástico. Por que este sistema ainda não está implementado na prática?

A. V: Ocorreu um problema inesperado aqui. Olha: digamos que você seja o prefeito de São Francisco e descubra que haverá um terremoto em dois dias. O que você vai fazer? Se você contar às pessoas sobre isso, como resultado do pânico e do esmagamento, ainda mais pessoas podem morrer ou ficar feridas do que em um terremoto. Por causa de tais restrições, não posso nem mesmo discutir publicamente os resultados de nosso trabalho na imprensa aberta. Em qualquer caso, acho que mais cedo ou mais tarde teremos uma variedade de sistemas de monitoramento operando em plantas de sensores. Por exemplo, em um de nossos trabalhos, mostramos que, por meio da análise de sinais eletrofisiológicos, é possível criar um sistema para o diagnóstico instantâneo de várias doenças de plantas agrícolas.

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