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.
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]
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.
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 ]
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]
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]
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.