La percepción de las plantas es la capacidad de las plantas para sentir y responder al medio ambiente ajustando su morfología y fisiología . [1] La investigación botánica ha revelado que las plantas son capaces de reaccionar a una amplia gama de estímulos , incluidos productos químicos , gravedad , luz , humedad , infecciones , temperatura , concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono , infestación de parásitos , enfermedades , alteraciones físicas, sonido , [ 2][3] [4] [5] y toque . El estudio científico de la percepción de las plantas se basa en numerosas disciplinas, como la fisiología vegetal , la ecología y la biología molecular .
Aspectos de la percepción
Luz
Muchos órganos vegetales contienen fotorreceptores ( fototropinas , criptocromos y fitocromos ), cada uno de los cuales reacciona de manera muy específica a ciertas longitudes de onda de luz. [6] Estos sensores de luz le dicen a la planta si es de día o de noche, cuánto dura el día, cuánta luz hay disponible y de dónde viene la luz. Los brotes generalmente crecen hacia la luz, mientras que las raíces crecen lejos de ella, respuestas conocidas como fototropismo y skototropismo, respectivamente. Son provocados por pigmentos sensibles a la luz como fototropinas y fitocromos y la hormona vegetal auxina . [7]
Muchas plantas exhiben ciertos comportamientos en momentos específicos del día; por ejemplo, flores que se abren solo por las mañanas. Las plantas realizan un seguimiento de la hora del día con un reloj circadiano . [6] Este reloj interno se sincroniza con la hora solar todos los días utilizando la luz solar, la temperatura y otras señales, similares a los relojes biológicos presentes en otros organismos. El reloj interno junto con la capacidad de percibir la luz también permite a las plantas medir la hora del día y así determinar la estación del año. Así es como muchas plantas saben cuándo florecer (ver fotoperiodismo ). [6] Las semillas de muchas plantas brotan solo después de que se exponen a la luz. Esta respuesta se lleva a cabo mediante la señalización de fitocromos. Las plantas también pueden sentir la calidad de la luz y responder de manera adecuada. Por ejemplo, en condiciones de poca luz, las plantas producen más pigmentos fotosintéticos. Si la luz es muy brillante o si aumentan los niveles de radiación ultravioleta dañina , las plantas producen más pigmentos protectores que actúan como filtros solares. [8]
Gravedad
Para orientarse correctamente, las plantas deben poder sentir la dirección de la gravedad . La respuesta posterior se conoce como gravitropismo .
En las raíces, la gravedad se siente y se traduce en la punta de la raíz , que luego crece alargándose en la dirección de la gravedad. En los brotes, el crecimiento ocurre en la dirección opuesta, fenómeno conocido como gravitropismo negativo. [9] Los tallos de álamo pueden detectar la reorientación y la inclinación ( equilibriocepción ) a través del gravitropismo. [10]
En la punta de la raíz, los amiloplastos que contienen gránulos de almidón caen en la dirección de la gravedad. Este peso activa receptores secundarios, que le indican a la planta la dirección de la atracción gravitacional. Después de que esto ocurre, la auxina se redistribuye a través del transporte de auxina polar y comienza el crecimiento diferencial hacia la gravedad. En los brotes, la redistribución de auxinas se produce de manera que se produce un crecimiento diferencial alejado de la gravedad.
Para que ocurra la percepción, la planta a menudo debe poder sentir, percibir y traducir la dirección de la gravedad. Sin gravedad, no se producirá la orientación adecuada y la planta no crecerá de manera efectiva. La raíz no podrá absorber nutrientes ni agua, y el brote no crecerá hacia el cielo para maximizar la fotosíntesis . [11]
Tocar
El tigmotropismo es un movimiento direccional que ocurre en las plantas en respuesta al tacto físico. [12] Las plantas trepadoras, como los tomates, exhiben tigmotropismo, lo que les permite enroscarse alrededor de los objetos. Estas respuestas son generalmente lentas (del orden de varias horas) y se pueden observar mejor con la cinematografía de lapso de tiempo , pero también pueden ocurrir movimientos rápidos . Por ejemplo, la llamada "planta sensible" ( Mimosa pudica ) responde incluso al más mínimo toque físico doblando rápidamente sus delgadas hojas pinnadas de modo que apunten hacia abajo, [13] y plantas carnívoras como la Venus atrapamoscas ( Dionaea muscipula ) producen estructuras de hojas especializadas que se cierran de golpe cuando los insectos las tocan o aterrizan sobre ellas. En el atrapamoscas de Venus, el tacto se detecta por los cilios que recubren el interior de las hojas especializadas, que generan un potencial de acción que estimula las células motoras y hace que se produzca el movimiento. [14]
Oler
Las plantas heridas o infectadas producen olores volátiles distintivos (por ejemplo , jasmonato de metilo , salicilato de metilo , volátiles de hojas verdes ), que a su vez pueden ser percibidos por las plantas vecinas. [15] [16] Las plantas que detectan este tipo de señales volátiles a menudo responden aumentando sus defensas químicas o y se preparan para el ataque produciendo sustancias químicas que las defienden de los insectos o atraen a sus depredadores. [15]
Transducción de señales
Hormonas vegetales y señales químicas.
Las plantas utilizan sistemáticamente vías de señalización hormonal para coordinar su desarrollo y morfología .
Las plantas producen varias moléculas de señal generalmente asociadas con el sistema nervioso de los animales , como el glutamato , GABA , acetilcolina , melatonina y serotonina . [17] También pueden usar ATP , NO y ROS para señalizar de manera similar a como lo hacen los animales. [18]
Electrofisiología
Las plantas tienen una variedad de métodos para enviar señales eléctricas. Los cuatro métodos de propagación comúnmente reconocidos incluyen potenciales de acción (AP), potenciales de variación (VP), potenciales eléctricos locales (LEP) y potenciales sistémicos (SP) [19] [20] [21]
Aunque las células vegetales no son neuronas , pueden ser eléctricamente excitables y pueden mostrar respuestas eléctricas rápidas en forma de AP a los estímulos ambientales. Los AP permiten el movimiento de iones y moléculas de señalización desde la célula de prepotencial a la (s) célula (s) de pospotencial. Estas señales electrofisiológicas están constituidas por flujos de gradiente de iones como H + , K + , Cl - , Na + y Ca 2+ pero también se piensa que otros iones cargan eléctricamente como Fe 3+ , Al 3+ , Mg 2 + , Zn 2+ , Mn 2+ y Hg 2+ también pueden desempeñar un papel en las salidas aguas abajo. [22] El mantenimiento de cada gradiente electroquímico de iones es vital para la salud de la célula, ya que si la célula alguna vez alcanza el equilibrio con su entorno, está muerta. [23] [24] Este estado muerto puede deberse a una variedad de razones, como el bloqueo del canal iónico o la perforación de la membrana.
Estos iones electrofisiológicos se unen a receptores en la célula receptora provocando efectos posteriores como resultado de una o una combinación de moléculas presentes. Se ha descubierto que este medio de transferir información y activar respuestas fisiológicas a través de un sistema de moléculas de señalización es más rápido y más frecuente en presencia de AP. [22]
Estos potenciales de acción pueden influir en procesos como el flujo citoplásmico basado en actina , los movimientos de los órganos de las plantas , las respuestas de las heridas, la respiración, la fotosíntesis y la floración . [25] [26] [27] [28] Estas respuestas eléctricas pueden provocar la síntesis de numerosas moléculas orgánicas , incluidas las que actúan como sustancias neuroactivas en otros organismos, como los iones de calcio . [29]
El flujo de iones a través de las células también influye en el movimiento de otras moléculas y solutos. Esto cambia el gradiente osmótico de la célula, lo que resulta en cambios en la presión de turgencia en las células vegetales por el flujo de agua y soluto a través de las membranas celulares. Estas variaciones son vitales para la absorción de nutrientes, el crecimiento, muchos tipos de movimientos (tropismos y movimientos nasales), entre otros aspectos básicos de la fisiología y el comportamiento de las plantas. [30] [31] (Higinbotham 1973; Scott 2008; Segal 2016).
Así, las plantas logran respuestas conductuales en contextos ambientales, comunicativos y ecológicos.
Percepción de la señal
El comportamiento de las plantas está mediado por fitocromos , cininas , hormonas , liberación de antibióticos u otras sustancias químicas, cambios de agua y transporte químico, y otros medios.
Las plantas tienen muchas estrategias para combatir las plagas . Por ejemplo, pueden producir una gran cantidad de diferentes toxinas químicas contra depredadores y parásitos o pueden inducir una muerte celular rápida para prevenir la propagación de agentes infecciosos. Las plantas también pueden responder a señales volátiles producidas por otras plantas. [32] [33] Los niveles de jasmonato también aumentan rápidamente en respuesta a perturbaciones mecánicas como el enrollamiento de zarcillos . [34]
En las plantas, el mecanismo responsable de la adaptación es la transducción de señales . [35] [36] [37] [38] Las respuestas adaptativas incluyen:
- Búsqueda activa de luz y nutrientes. Lo hacen cambiando su arquitectura, por ejemplo, el crecimiento y la dirección de las ramas, la fisiología y el fenotipo. [39] [40] [41]
- Las hojas y las ramas se posicionan y orientan en respuesta a una fuente de luz. [39] [42]
- Detectar el volumen del suelo y adaptar el crecimiento en consecuencia, independientemente de la disponibilidad de nutrientes . [43] [44] [45]
- Defenderse de los herbívoros .
Inteligencia vegetal
Las plantas no tienen cerebro ni redes neuronales como los animales; sin embargo, las reacciones dentro de las vías de señalización pueden proporcionar una base bioquímica para el aprendizaje y la memoria, además de la computación y la resolución de problemas básicos. [46] [47] De manera controvertida, el cerebro se utiliza como metáfora en la inteligencia de las plantas para proporcionar una visión integrada de la señalización. [48]
Las plantas responden a los estímulos ambientales mediante movimientos y cambios en la morfología . Se comunican mientras compiten activamente por los recursos. Además, las plantas calculan con precisión sus circunstancias, utilizan sofisticados análisis de costo-beneficio y toman acciones estrictamente controladas para mitigar y controlar diversos factores de estrés ambiental. Las plantas también son capaces de discriminar entre experiencias positivas y negativas y de aprender registrando recuerdos de sus experiencias pasadas. [49] [50] [51] [52] [53] Las plantas utilizan esta información para adaptar su comportamiento a fin de sobrevivir a los desafíos presentes y futuros de su entorno.
La fisiología vegetal estudia el papel de la señalización para integrar los datos obtenidos a nivel genético , bioquímico , celular y fisiológico , con el fin de comprender el desarrollo y el comportamiento de las plantas. La visión neurobiológica ve a las plantas como organismos procesadores de información con procesos de comunicación bastante complejos que ocurren en toda la planta individual. Estudia cómo se recopila, procesa, integra y comparte la información ambiental (biología sensorial de las plantas) para permitir estas respuestas adaptativas y coordinadas (comportamiento de las plantas); y cómo se "recuerdan" las percepciones sensoriales y los eventos conductuales para permitir predicciones de actividades futuras sobre la base de experiencias pasadas. Plantas, es reclamado por algunos [ ¿quién? ] los fisiólogos de las plantas, tienen un comportamiento tan sofisticado como los animales, pero esta sofisticación ha sido enmascarada por las escalas de tiempo de las respuestas de las plantas a los estímulos, que suelen ser muchos órdenes de magnitud más lentas que las de los animales. [ cita requerida ]
Se ha argumentado que, aunque las plantas son capaces de adaptarse, no debería llamarse inteligencia per se , ya que los neurobiólogos de plantas se basan principalmente en metáforas y analogías para argumentar que las respuestas complejas en las plantas solo pueden ser producidas por la inteligencia. [54] "Una bacteria puede monitorear su entorno e instigar procesos de desarrollo apropiados a las circunstancias prevalecientes, pero ¿eso es inteligencia? Un comportamiento de adaptación tan simple podría ser inteligencia bacteriana, pero claramente no es inteligencia animal". [55] Sin embargo, la inteligencia vegetal se ajusta a una definición de inteligencia propuesta por David Stenhouse en un libro sobre la evolución y la inteligencia animal, en el que la describe como "comportamiento adaptativamente variable durante la vida del individuo". [56] Los críticos del concepto también han argumentado que una planta no puede tener objetivos una vez que ha pasado la etapa de desarrollo de la plántula porque, como organismo modular, cada módulo busca sus propios objetivos de supervivencia y el comportamiento resultante a nivel del organismo no está controlado centralmente. . [55] Este punto de vista, sin embargo, necesariamente tiene en cuenta la posibilidad de que un árbol sea una colección de módulos inteligentes individualmente que cooperan, compiten e influyen entre sí para determinar el comportamiento de abajo hacia arriba. Sin embargo, el desarrollo en un organismo más grande cuyos módulos deben lidiar con diferentes condiciones y desafíos ambientales no es universal en todas las especies de plantas, ya que los organismos más pequeños pueden estar sujetos a las mismas condiciones en sus cuerpos, al menos, cuando se consideran las partes de abajo y de arriba del suelo. por separado. Además, la afirmación de que el control central del desarrollo está completamente ausente de las plantas se ve fácilmente falseada por la dominancia apical . [ cita requerida ]
El botánico italiano Federico Delpino escribió sobre la idea de la inteligencia vegetal en 1867. [57] Charles Darwin estudió el movimiento en las plantas y en 1880 publicó un libro, El poder del movimiento en las plantas . Darwin concluye:
No es exagerado decir que la punta de la radícula así dotada [...] actúa como el cerebro de uno de los animales inferiores; estando el cerebro situado dentro del extremo anterior del cuerpo, recibiendo impresiones de los órganos de los sentidos y dirigiendo los diversos movimientos.
En 2020, Paco Calvo estudió la dinámica de los movimientos de las plantas e investigó si los frijoles franceses apuntan deliberadamente a estructuras de soporte. [58] Calvo dijo: “Vemos estas firmas de comportamiento complejo, la única diferencia es que no se basa en los nervios, como ocurre en los humanos. Esto no es solo un comportamiento adaptativo, es un comportamiento flexible, anticipatorio y dirigido a objetivos ". [59]
En filosofía, hay pocos estudios sobre las implicaciones de la percepción de las plantas. Michael Marder propuso una fenomenología de la vida vegetal basada en la fisiología de la percepción de las plantas. [60] Paco Calvo Garzón ofrece una visión filosófica de la percepción de las plantas basada en las ciencias cognitivas y el modelado computacional de la conciencia. [61]
Comparación con neurobiología
Los sistemas sensoriales y de respuesta de las plantas se han comparado con los procesos neurobiológicos de los animales. La neurobiología vegetal se refiere principalmente al comportamiento sensorial adaptativo de las plantas y a la electrofisiología de las plantas . Al científico indio JC Bose se le atribuye el mérito de ser la primera persona en investigar y hablar sobre la neurobiología de las plantas. Sin embargo, muchos científicos de plantas y neurocientíficos ven el término "neurobiología vegetal" como un nombre inapropiado, porque las plantas no tienen neuronas. [54]
Las ideas detrás de la neurobiología vegetal fueron criticadas en un artículo de 2007 [54] publicado en Trends in Plant Science por Amedeo Alpi y otros 35 científicos, incluidos eminentes biólogos de plantas como Gerd Jürgens , Ben Scheres y Chris Sommerville. La amplitud de los campos de la ciencia de las plantas representados por estos investigadores refleja el hecho de que la gran mayoría de la comunidad de investigación en ciencias de las plantas rechaza la neurobiología de las plantas como una noción legítima. Sus principales argumentos son que: [54]
- "La neurobiología vegetal no contribuye a nuestra comprensión de la fisiología vegetal, la biología de las células vegetales o la señalización".
- "No hay evidencia de estructuras como neuronas, sinapsis o un cerebro en las plantas".
- La aparición común de plasmodesmos en plantas "plantea un problema para la señalización desde un punto de vista electrofisiológico", ya que un acoplamiento eléctrico extenso excluiría la necesidad de cualquier transporte de célula a célula de compuestos "similares a neurotransmisores ".
Los autores piden el fin de "analogías superficiales y extrapolaciones cuestionables" si el concepto de "neurobiología vegetal" va a beneficiar a la comunidad de investigadores. [54] Varias respuestas a esta crítica han intentado aclarar que el término "neurobiología vegetal" es una metáfora y que las metáforas han resultado útiles en ocasiones anteriores. [62] [63] La ecofisiología vegetal describe este fenómeno.
Paralelos en otros taxones
Los conceptos de percepción, comunicación e inteligencia de las plantas tienen paralelos en otros organismos biológicos para los cuales tales fenómenos parecen ajenos o incompatibles con los conocimientos tradicionales de la biología, o han resultado difíciles de estudiar o interpretar. Existen mecanismos similares en células bacterianas , coanoflagelados , hifas de hongos y esponjas , entre muchos otros ejemplos. Todos estos organismos, a pesar de carecer de cerebro o sistema nervioso, son capaces de sentir su entorno inmediato y momentáneo y responder en consecuencia. En el caso de la vida unicelular, las vías sensoriales son aún más primitivas en el sentido de que tienen lugar en la superficie de una sola célula, a diferencia de dentro de una red de muchas células relacionadas.
Ver también
- Auxina
- Biosemióticos
- Quimiotropismo
- Etileno
- Gravitropismo
- Heliotropismo
- Hidrotropismo
- Respuesta hipersensible
- Kairomone
- Kinesis (biología)
- Movimientos násticos
- Fitosemióticos
- Cognición vegetal
- Defensa de las plantas contra la herbivoría.
- Biología del desarrollo evolutivo de las plantas
- Percepción de la planta (paranormal)
- Tolerancia de las plantas a la herbivoría
- Movimiento rápido de plantas
- La vida secreta de las plantas
- Estatocito
- Estoma
- Resistencia sistémica adquirida
- Taxis
- Termotropismo
- Tropismo
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Otras lecturas
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enlaces externos
- Sociedad de Neurobiología Vegetal
- Señalización y comportamiento de las plantas Revista científica de neurobiología vegetal
- El estudio sugiere que las plantas tienen sensibilidades
- Las plantas no pueden "pensar y recordar", pero no tienen nada de estúpido: son sorprendentemente sofisticadas
- ¿Cómo funciona una Venus atrapamoscas?
- Neurobiología vegetal: ¿“distracción tonta” o “ciencia nueva”?