stringtranslate.com

Cognición vegetal

La cognición vegetal o gnosofisiología vegetal [1] es el estudio del aprendizaje y la memoria de las plantas, explorando la idea de que no solo los animales son capaces de detectar, responder y aprender de estímulos internos y externos para elegir y tomar las decisiones más apropiadas para asegurar la supervivencia. En los últimos años, la evidencia experimental de la naturaleza cognitiva de las plantas ha crecido rápidamente y ha revelado hasta qué punto las plantas pueden usar los sentidos y la cognición para responder a sus entornos. [2] Algunos investigadores afirman que las plantas procesan la información de manera similar a los sistemas nerviosos de los animales . [3] [4] Las implicaciones son controvertidas; si las plantas tienen cognición o son simplemente objetos animados.

Historia

La idea de la cognición en las plantas fue explorada por primera vez por Charles Darwin a fines del siglo XIX en el libro El poder del movimiento en las plantas , escrito en coautoría con su hijo Francis. Utilizando una metáfora neurológica, describió la sensibilidad de las raíces de las plantas al proponer que la punta de las raíces actúa como el cerebro de algunos animales inferiores. Esto implica reaccionar a la sensación para determinar su próximo movimiento [5], aunque las plantas no poseen ni cerebro ni nervios. 

Independientemente de si esta metáfora neurológica es correcta o, más generalmente, si la aplicación moderna de la terminología y los conceptos de la neurociencia a las plantas es apropiada, la idea darwiniana de la punta de la raíz de las plantas funcionando como un órgano "similar al cerebro" (junto con la llamada " hipótesis raíz - cerebro ") ha experimentado un resurgimiento continuo en la fisiología vegetal . [6]

Mientras que la " neurobiología " vegetal se centra en el estudio fisiológico de las plantas, la cognición vegetal moderna aplica principalmente un enfoque conductual /ecológico. Hoy en día, la cognición vegetal está surgiendo como un campo de investigación dirigido a probar experimentalmente las capacidades cognitivas de las plantas, incluyendo la percepción , los procesos de aprendizaje , la memoria y la conciencia . [7] Este marco tiene implicaciones considerables para la forma en que percibimos las plantas, ya que redefine la frontera tradicionalmente sostenida entre animales y plantas. [8]

Tipos

El estudio de la cognición de las plantas se deriva de la idea de que las plantas son capaces de aprender y adaptarse a su entorno con solo un sistema de estímulo , integración y respuesta. Si bien se ha demostrado que las plantas carecen de cerebro y de la función de un sistema nervioso consciente, de alguna manera aún son capaces de adaptarse a su entorno y cambiar la vía de integración que, en última instancia, conduciría a cómo una planta "decide" responder a un estímulo presentado. [9] Esto plantea cuestiones de inteligencia vegetal, que se define como la capacidad de adaptarse activamente a cualquier estímulo presentado a la especie desde el entorno. [10] [ verificación fallida ] Por lo tanto, las plantas son inteligentes para detectar el estímulo ambiental, por ejemplo, los girasoles jóvenes que miran hacia el sol para su crecimiento.

Memoria de la planta

En un estudio realizado por Monica Gagliano del Centro de Biología Evolutiva de la Universidad de Australia Occidental, se evaluó la habituación de Mimosa pudica (planta sensible) a ser dejada caer repetidamente. Después de múltiples caídas, se descubrió que las plantas finalmente se acostumbraron y abrieron sus hojas más rápidamente en comparación con la primera vez que se dejaron caer. [11] Si bien el mecanismo de este comportamiento de la planta aún no se comprende por completo, está fuertemente vinculado a cambios en el flujo dentro de los canales de calcio . [12]

Otro ejemplo de "memoria" de corto plazo de una planta se encuentra en la Venus atrapamoscas , cuyo cierre rápido sólo se activa cuando al menos dos pelos de la trampa entran en contacto con una diferencia de veinte segundos entre sí. Una hipótesis que explica cómo ocurre esto es mediante la señalización eléctrica en las plantas. Cuando se activa un pelo de la trampa (mecanorreceptor), se alcanza un potencial subumbral. Cuando se activan dos pelos de la trampa, se alcanza un umbral, lo que genera un potencial de acción que cierra la trampa. [ cita requerida ]

Aprendizaje asociativo

En 2016, un equipo de investigación dirigido por Monica Gagliano se propuso probar si las plantas aprenden a responder a eventos previstos en su entorno. La investigación demostró que las plantas eran capaces de aprender la asociación entre la ocurrencia de un evento y la anticipación de otro evento (es decir, aprendizaje pavloviano ). [13] Al demostrar experimentalmente el aprendizaje asociativo en las plantas, este hallazgo calificó a las plantas como sujetos adecuados de investigación cognitiva. [13] En este estudio, se planteó la hipótesis de que las plantas tienen la capacidad de asociar un tipo de estímulo con otro. Para probar esta hipótesis, las plantas de guisantes se expusieron a dos estímulos diferentes. Para la fase de entrenamiento, un grupo de plantas de guisantes se expuso tanto al viento como a la luz, y el otro grupo de plantas se expuso al viento sin luz como control. En la fase experimental, las plantas se expusieron solo al estímulo del viento. Las plantas de guisantes que solo estuvieron expuestas al viento sin luz crecieron lejos del viento tanto en la fase de entrenamiento como en la experimental. En cambio, las plantas de guisante expuestas tanto al viento como a la luz en la fase de entrenamiento mostraron un crecimiento hacia un estímulo de viento sin la presencia de luz, lo que demuestra una aparente asociación aprendida entre el viento y la luz. El mecanismo de esta respuesta no se entiende del todo, aunque se plantea la hipótesis de que las entradas sensoriales de los mecanorreceptores y los fotorreceptores se integraron de alguna manera dentro de las plantas. Esto explica por qué un estímulo no luminoso desencadenaría una respuesta de crecimiento en la planta de guisante entrenada que normalmente solo se desencadena por la activación de los fotorreceptores. [14]

Un estudio de replicación con un tamaño de muestra más grande, publicado en 2020, no encontró evidencia de aprendizaje asociativo en plantas de guisantes. [15] Sin embargo, tampoco logró replicar el hallazgo de que la luz funcionaba efectivamente como un estímulo incondicionado. Las plantas de guisantes en este estudio mostraron solo una ligera tendencia en lugar de una respuesta de crecimiento direccional confiable hacia la luz presentada previamente. La configuración experimental replicada difería de la original en presencia de niveles más altos de luz ambiental y reflejada, lo que puede haber aleatorizado un poco el crecimiento direccional y evitado la replicación. [16]

Investigaciones adicionales

En 2003, Anthony Trewavas dirigió un estudio para ver cómo interactúan las raíces entre sí y estudiar sus métodos de transducción de señales. Pudo establecer similitudes entre las señales de estrés hídrico en las plantas que afectan los cambios de desarrollo y las transducciones de señales en las redes neuronales que causan respuestas en los músculos. [17] En particular, cuando las plantas están bajo estrés hídrico, existen efectos dependientes e independientes del ácido abscísico en el desarrollo. [18] Esto saca a la luz otras posibilidades de toma de decisiones de las plantas en función de sus tensiones ambientales. La integración de múltiples interacciones químicas muestra evidencia de la complejidad de estos sistemas de raíces. [19]

En 2012, Paco Calvo Garzón y Fred Keijzer especularon que las plantas exhibían estructuras equivalentes a (1) potenciales de acción (2) neurotransmisores y (3) sinapsis . Además, afirmaron que una gran parte de la actividad de las plantas tiene lugar bajo tierra, y que la noción de un "cerebro raíz" fue propuesta por primera vez por Charles Darwin en 1880. El libre movimiento no era necesariamente un criterio de cognición, sostenían. Los autores dieron cinco condiciones de cognición mínima en los seres vivos, y concluyeron que "las plantas son cognitivas en un sentido mínimo y corpóreo que también se aplica a muchos animales e incluso a las bacterias". [3] En 2017, biólogos de la Universidad de Birmingham anunciaron que encontraron un "centro de toma de decisiones" en la punta de la raíz de las semillas latentes de Arabidopsis . [20]

En 2014, Anthony Trewavas publicó un libro llamado Plant Behavior and Intelligence (Comportamiento e inteligencia de las plantas) , que destacaba la cognición de las plantas a través de sus habilidades de organización colonial, que reflejan los comportamientos de enjambre de insectos. [21] Esta habilidad organizativa refleja la capacidad de la planta para interactuar con su entorno para mejorar su capacidad de supervivencia, y la capacidad de la planta para identificar factores externos. La evidencia de la cognición mínima de la conciencia espacial de la planta se puede ver en la distribución de sus raíces en relación con las plantas vecinas. [22] Se ha descubierto que la organización de estas raíces se origina en la punta de la raíz de las plantas. [23]

Por otra parte, el Dr. Crisp y sus colegas propusieron una visión diferente sobre la memoria de las plantas en su revisión: la memoria de las plantas podría ser ventajosa bajo estrés recurrente y predecible; sin embargo, restablecer u olvidar el breve período de estrés puede ser más beneficioso para las plantas para crecer tan pronto como la condición deseada regrese. [24]

Affifi (2018) propuso un enfoque empírico para examinar las formas en que las plantas modelan la coordinación del comportamiento basado en objetivos con la contingencia ambiental como una forma de entender el aprendizaje de las plantas. [25] Según este autor, el aprendizaje asociativo solo demostrará inteligencia si se lo considera parte de una actividad teleológicamente integrada. De lo contrario, puede reducirse a una explicación mecanicista .

Raja et al (2020) descubrieron que las plantas de judías verdes en macetas, cuando se plantaban a 30 centímetros de una caña de jardín, ajustaban sus patrones de crecimiento para poder usar la caña como soporte en el futuro. Más tarde, Raja afirmó que "si el movimiento de las plantas está controlado y afectado por objetos en su vecindad, entonces estamos hablando de comportamientos más complejos (en lugar de reacciones simples)". Raja propuso que los investigadores deberían buscar firmas cognitivas correspondientes. [26] [27]

En 2017, Yokawa, K. et al. descubrieron que, cuando se exponían a anestésicos, varias plantas perdían sus movimientos autónomos y los inducidos por el tacto. Las venus atrapamoscas ya no generaban señales eléctricas y sus trampas permanecían abiertas cuando se tocaban los pelos gatillo, y los zarcillos de guisante en crecimiento detenían sus movimientos autónomos y se inmovilizaban en forma de rizo. [28]

Crítica

La idea de la cognición de las plantas es fuente de controversia.

Amadeo Alpi y otros 35 científicos publicaron en 2007 un artículo titulado «Neurobiología de las plantas: ¿sin cerebro no hay ganancia?» en Trends in Plant Science . [29] En este artículo, argumentan que, dado que no hay evidencia de la presencia de neuronas en las plantas, la idea de la neurobiología y la cognición de las plantas carece de fundamento y necesita ser redefinida. En respuesta a este artículo, Francisco Calvo Garzón publicó un artículo en Plant Signaling and Behavior . [9] Afirma que, si bien las plantas no tienen neuronas como los animales, sí poseen un sistema de procesamiento de información compuesto por células. Argumenta que este sistema puede usarse como base para discutir las capacidades cognitivas de las plantas.

Véase también

Referencias

  1. ^ Michmizos, Dimitrios; Hilioti, Zoe (enero de 2019). "Una hoja de ruta hacia un paradigma funcional para el aprendizaje y la memoria en plantas". Journal of Plant Physiology . 232 : 209–215. Bibcode :2019JPPhy.232..209M. doi :10.1016/j.jplph.2018.11.002. PMID  30537608. S2CID  56178258.
  2. ^ Gagliano M (noviembre de 2014). "En un marco mental verde: perspectivas sobre la ecología del comportamiento y la naturaleza cognitiva de las plantas". AoB Plants . 7 . doi :10.1093/aobpla/plu075. PMC 4287690 . PMID  25416727. 
  3. ^ ab Garzon P, Keijzer F (2011). "Plantas: comportamiento adaptativo, cerebros raíz y cognición mínima" (PDF) . Adaptive Behavior . 19 (3): 155–171. doi :10.1177/1059712311409446. S2CID  5060470.
  4. ^ Karban R (julio de 2008). "Comportamiento y comunicación de las plantas". Ecology Letters . 11 (7): 727–39. Bibcode :2008EcolL..11..727K. doi : 10.1111/j.1461-0248.2008.01183.x . PMID  18400016.
  5. ^ Darwin, C. (1880). El poder del movimiento en las plantas . Londres: John Murray. Darwin Online: "El recorrido que sigue la radícula al penetrar en el suelo debe estar determinado por la punta; de ahí que haya adquirido tan diversos tipos de sensibilidad. No es una exageración decir que la punta de la radícula, dotada de este modo y con el poder de dirigir los movimientos de las partes adyacentes, actúa como el cerebro de uno de los animales inferiores; el cerebro, al estar situado en el extremo anterior del cuerpo, recibe impresiones de los órganos sensoriales y dirige los diversos movimientos".
  6. ^ "ACERCA DE NOSOTROS - Señalización y comportamiento de las plantas". Señalización y comportamiento de las plantas . Consultado el 25 de marzo de 2017 .
  7. ^ Pollan M (23 de diciembre de 2013). "La planta inteligente". michaelpollan.com . The New Yorker . Consultado el 8 de marzo de 2019 .
  8. ^ "Monica Gagliano - la ciencia del comportamiento y la conciencia de las plantas". Monica Gagliano - la ciencia del comportamiento y la conciencia de las plantas . Consultado el 25 de marzo de 2017 .
  9. ^ ab Garzón FC (julio 2007). "La búsqueda de la cognición en la neurobiología vegetal". Plant Signaling & Behavior . 2 (4): 208–11. Bibcode :2007PlSiB...2..208C. doi :10.4161/psb.2.4.4470. PMC 2634130 . PMID  19516990. 
  10. ^ Stenhouse, David (1974) [1973]. La evolución de la inteligencia: una teoría general y algunas de sus implicaciones . Nueva York: George Allen & Unwin (Barnes & Noble Books). pp. 364–365. ISBN 006496518X.OCLC 1057540  .
  11. ^ Gagliano M, Renton M, Depczynski M, Mancuso S (mayo de 2014). "La experiencia enseña a las plantas a aprender más rápido y olvidar más lentamente en entornos donde es importante". Oecologia . 175 (1): 63–72. Bibcode :2014Oecol.175...63G. doi :10.1007/s00442-013-2873-7. PMID  24390479. S2CID  5038227.
  12. ^ Cahill J, Bao T, Maloney M, Kolenosky C (4 de junio de 2012). "El daño mecánico a las hojas provoca cambios localizados, pero no sistémicos, en el comportamiento del movimiento de las hojas de la planta sensible, Mimosa pudica". Botánica . doi :10.1139/cjb-2012-0131.
  13. ^ ab Gagliano M, Vyazovskiy VV, Borbély AA, Grimonprez M, Depczynski M (diciembre de 2016). "Aprendizaje por asociación en plantas". Scientific Reports . 6 (1): 38427. Bibcode :2016NatSR...638427G. doi :10.1038/srep38427. PMC 5133544 . PMID  27910933. 
  14. ^ Mawphlang OI, Kharshiing EV (11 de julio de 2017). "Respuestas de crecimiento de plantas mediadas por fotorreceptores: implicaciones para la ingeniería de fotorreceptores hacia un mejor rendimiento en cultivos". Frontiers in Plant Science . 8 : 1181. doi : 10.3389/fpls.2017.01181 . PMC 5504655 . PMID  28744290. 
  15. ^ Markel K (junio de 2020). "Falta de evidencia de aprendizaje asociativo en plantas de guisante". eLife . 9 : e57614. doi : 10.7554/eLife.57614 . PMC 7311169 . PMID  32573434. 
  16. ^ Gagliano, Monica; Vyazovskiy, Vladyslav V; Borbély, Alexander A; Depczynski, Martial; Radford, Ben (10 de septiembre de 2020). Lee, Daeyeol; Hardtke, Christian S (eds.). "Comentario sobre 'Falta de evidencia de aprendizaje asociativo en plantas de guisante'". eLife . 9 : e61141. doi : 10.7554/eLife.61141 . ISSN  2050-084X. PMC 7556858 . PMID  32909941. 
  17. ^ Trewavas A (julio de 2003). "Aspectos de la inteligencia de las plantas". Anales de Botánica . 92 (1): 1–20. doi : 10.1093/aob/mcg101 . PMC 4243628 . PMID  12740212. 
  18. ^ Shinozaki K (2000). "Respuestas moleculares a la deshidratación y a las bajas temperaturas: diferencias y comunicación cruzada entre dos vías de señalización del estrés". Current Opinion in Plant Biology . 3 (3): 217–223. doi :10.1016/s1369-5266(00)00067-4. PMID  10837265.
  19. ^ McCully ME (junio de 1999). "RAÍCES EN EL SUELO: Desenterrando las complejidades de las raíces y sus rizosferas". Revisión anual de fisiología vegetal y biología molecular vegetal . 50 : 695–718. doi :10.1146/annurev.arplant.50.1.695. PMID  15012224.
  20. ^ Topham AT, Taylor RE, Yan D, Nambara E, Johnston IG, Bassel GW (junio de 2017). "La variabilidad de la temperatura está integrada por un centro de toma de decisiones integrado espacialmente para romper la latencia en las semillas de Arabidopsis". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 114 (25): 6629–6634. Bibcode :2017PNAS..114.6629T. doi : 10.1073/pnas.1704745114 . PMC 5488954 . PMID  28584126. 
  21. ^ Trewavas 2014, pág. 95-96.
  22. ^ Calvo Garzón P, Keijzer F (junio de 2011). "Plantas: comportamiento adaptativo, cerebros raíz y cognición mínima" (PDF) . Adaptive Behavior . 19 (3): 155–71. doi :10.1177/1059712311409446. S2CID  5060470.
  23. ^ Trewavas 2014, pág. 140.
  24. ^ Crisp PA, Ganguly D, Eichten SR, Borevitz JO, Pogson BJ (febrero de 2016). "Reconsiderando la memoria de las plantas: intersecciones entre la recuperación del estrés, la renovación del ARN y la epigenética". Science Advances . 2 (2): e1501340. Bibcode :2016SciA....2E1340C. doi :10.1126/sciadv.1501340. PMC 4788475 . PMID  26989783. 
  25. ^ Affifi R (2018). "Psicología deweyana en la investigación de la inteligencia vegetal: transformación del estímulo y la respuesta". En Baluska F, Gagliano M, Witzany G (eds.). Memoria y aprendizaje en plantas . Señalización y comunicación en plantas. Cham.: Springer. págs. 17–33. doi :10.1007/978-3-319-75596-0_2. ISBN 978-3-319-75595-3.
  26. ^ "Plantas: ¿son conscientes?". Revista BBC Science Focus . 5 de febrero de 2021. Consultado el 6 de febrero de 2021 .
  27. ^ Raja, Vicente; Silva, Paula L.; Holghoomi, Roghaieh; Calvo, Paco (diciembre 2020). "La dinámica de la nutación vegetal". Informes científicos . 10 (1): 19465. Código bibliográfico : 2020NatSR..1019465R. doi : 10.1038/s41598-020-76588-z . PMC 7655864 . PMID  33173160. 
  28. ^ Yokawa, K; Kagenishi, T; Pavlovič, A; Gall, S; Weiland, M; Mancuso, S; Baluška, F (11 de diciembre de 2017). "Los anestésicos detienen diversos movimientos de los órganos de las plantas, afectan el reciclaje de vesículas endocíticas y la homeostasis de ROS, y bloquean los potenciales de acción en las plantas atrapamoscas". Anales de botánica . 122 (5): 747–756. doi :10.1093/aob/mcx155. PMC 6215046 . PMID  29236942. 
  29. ^ Alpi A, Amrhein N, Bertl A, Blatt MR, Blumwald E, Cervone F, et al. (abril de 2007). "Neurobiología vegetal: ¿sin cerebro no hay beneficio?". Tendencias en la ciencia vegetal . 12 (4): 135–6. Bibcode :2007TPS....12..135A. doi :10.1016/j.tplants.2007.03.002. PMID  17368081.

Lectura adicional