Quanto sono consapevoli le piante? Questa è la domanda centrale dietro un nuovo affascinante libro, “What a Plant Knows”, di Daniel Chamovitz, direttore del Manna Center for Plant Biosciences dell’Università di Tel Aviv. Una pianta, sostiene, può vedere, odorare e sentire. Può montare una difesa quando è sotto assedio, e avvertire i suoi vicini di guai sulla strada. Si può persino dire che una pianta abbia una memoria. Ma questo significa che le piante pensano-o che si può parlare di una” neuroscienza ” del fiore? Chamovitz ha risposto alle domande del direttore di Mind Matters Gareth Cook.
1. Come ti sei interessato per la prima volta a questo argomento?
il Mio interesse per i parallelismi tra la pianta e i sensi umani che hanno ottenuto il loro inizio, quando ero un giovane ricercatore borsista presso il laboratorio di Xing-Wang Deng all’Università di Yale, a metà degli anni 1990. Ero interessato a studiare un processo biologico che sarebbe specifico per le piante, e non sarebbe collegato alla biologia umana (probabilmente come risposta alle sei altro “medici” nella mia famiglia, tutti dei quali sono medici). Quindi sono stato attratto dalla domanda su come le piante percepiscono la luce per regolare il loro sviluppo.
Era noto da decenni che le piante usano la luce non solo per la fotosintesi, ma anche come segnale che cambia il modo in cui le piante crescono. Nella mia ricerca ho scoperto un gruppo unico di geni necessari per una pianta per determinare se è alla luce o al buio. Quando abbiamo riportato le nostre scoperte, è apparso che questi geni erano unici per il regno vegetale, che si adattano bene al mio desiderio di evitare qualsiasi cosa che tocchi la biologia umana. Ma con mia grande sorpresa e contro tutti i miei piani, in seguito ho scoperto che questo stesso gruppo di geni è anche parte del DNA umano.
Ciò ha portato all’ovvia domanda su cosa facciano questi geni apparentemente “specifici per le piante” nelle persone. Molti anni dopo, ora sappiamo che questi stessi geni sono importanti negli animali per i tempi della divisione cellulare, la crescita assonale dei neuroni e il corretto funzionamento del sistema immunitario.
Ma sorprendentemente, questi geni regolano anche le risposte alla luce negli animali! Mentre non cambiamo la nostra forma in risposta alla luce come fanno le piante, siamo influenzati dal laboratorio a livello del nostro orologio interno. I nostri orologi circadiani interni ci tengono su un ritmo di 24 ore, motivo per cui quando viaggiamo a metà strada in tutto il mondo sperimentiamo il jet lag. Ma questo orologio può essere resettato dalla luce. Alcuni anni fa ho mostrato, in collaborazione con Justin Blau alla NYU, che i moscerini della frutta mutanti a cui mancavano alcuni di questi geni hanno perso la capacità di rispondere alla luce. In altre parole, se abbiamo cambiato i loro orologi, sono rimasti in jetlag.
Questo mi ha portato a capire che la differenza genetica tra piante e animali non è così significativa come avevo ingenuamente creduto una volta. Quindi, pur non ricercando attivamente questo campo, ho iniziato a mettere in discussione i paralleli tra biologia vegetale e umana, anche se la mia ricerca si è evoluta dallo studio delle risposte delle piante alla luce alla leucemia nei moscerini della frutta.
2. Come pensi che le persone dovrebbero cambiare il modo in cui pensano alle piante?
Le persone devono rendersi conto che le piante sono organismi complessi che vivono vite ricche e sensuali. Sai che molti di noi si riferiscono alle piante come oggetti inanimati, non molto diversi dalle pietre. Anche il fatto che molte persone sostituiscano i fiori di seta per quelli veri, o gli alberi di Natale artificiali per uno vivo, è esemplare a un certo livello di come ci relazioniamo con le piante. Sai, non conosco nessuno che tenga un cane imbalsamato al posto di uno vero!
Ma se ci rendiamo conto che tutta la biologia delle piante nasce dalla costrizione evolutiva del “radicamento” che mantiene le piante immobili, allora possiamo iniziare ad apprezzare la biologia molto sofisticata in corso nelle foglie e nei fiori. Se ci pensate, il radicamento è un enorme vincolo evolutivo. Significa che le piante non possono sfuggire a un cattivo ambiente, non possono migrare alla ricerca di cibo o di un compagno. Quindi le piante hanno dovuto sviluppare meccanismi sensoriali incredibilmente sensibili e complessi che le avrebbero lasciate sopravvivere in ambienti in continua evoluzione. Voglio dire, se hai fame o sete, puoi raggiungere a piedi il più vicino abbeveratoio (o bar). Se sei caldo, è possibile spostare a nord, se siete alla ricerca di un compagno, si può andare a una festa. Ma le piante sono immobili. Hanno bisogno di vedere dove si trova il loro cibo. Hanno bisogno di sentire il tempo e hanno bisogno di sentire l’odore del pericolo. E poi devono essere in grado di integrare tutte queste informazioni molto dinamiche e mutevoli. Solo perché non vediamo le piante in movimento non significa che non ci sia un mondo molto ricco e dinamico in corso all’interno della pianta.
3. Dici che le piante hanno l’olfatto?
Certo. Ma per rispondere a questo dobbiamo definire da soli cos’è “odore”. Quando annusiamo qualcosa, avvertiamo una sostanza chimica volatile che si è dissolta nell’aria, e poi reagiamo in qualche modo a questo odore. L’esempio più chiaro nelle piante è ciò che accade durante la maturazione dei frutti. Potresti aver sentito che se metti insieme un frutto maturo e un frutto acerbo nella stessa borsa, quello acerbo maturerà più velocemente. Questo accade perché quello maturo rilascia un feromone maturo nell’aria, e il frutto verde lo odora e poi inizia a maturare da solo. Questo accade non solo nelle nostre cucine, ma anche, o anche principalmente, in natura. Quando un frutto inizia a maturare, rilascia questo ormone che si chiama etilene, che viene percepito dai frutti vicini, fino a quando interi alberi e boschetti maturano più o meno in sincronia.
Un altro esempio di una pianta che usa l’odore è come una pianta parassitaria chiamata dodder trova il suo cibo. Dodder non può fare la fotosintesi, e così deve vivere di altre piante. Il modo in cui trova la sua pianta ospite è dall’odore. Un dodder può rilevare piccole quantità di sostanze chimiche rilasciate nell’aria dalle piante vicine e sceglierà effettivamente quella che trova più gustosa! In un esperimento classico gli scienziati hanno dimostrato che dodder preferisce il pomodoro al grano perché preferisce l’odore.
3B. Che ne dici di ascoltare?
Questo è un po ‘ più complicato perché mentre un sacco di ricerche supportano l’idea che le piante vedono, odorano, gustano e sentono, il supporto per la prodezza uditiva delle piante è indirettamente proporzionale alla quantità di informazioni aneddotiche che abbiamo sui modi in cui la musica può influenzare il modo in cui una pianta cresce. Molti di noi hanno sentito storie di piante che fioriscono in stanze con musica classica. In genere, però, gran parte della ricerca sulla musica e le piante è stato, per usare un eufemismo, non effettuata da ricercatori a terra nel metodo scientifico. Non sorprendentemente, nella maggior parte di questi studi, le piante prosperavano nella musica che anche lo sperimentatore preferiva.
Da una prospettiva evolutiva, potrebbe anche essere che le piante non hanno davvero bisogno di sentire. Il vantaggio evolutivo creato dall’udito negli esseri umani e in altri animali serve come un modo in cui i nostri corpi ci avvertono di situazioni potenzialmente pericolose. I nostri primi antenati umani potevano sentire un pericoloso predatore che li inseguiva attraverso la foresta, mentre oggi sentiamo il motore di un’auto in avvicinamento. L’udito consente anche una rapida comunicazione tra individui e tra animali. Gli elefanti possono trovare l “un l” altro attraverso grandi distanze vocalizzando onde subsoniche che rimbombano intorno agli oggetti e viaggiare per miglia. Un delfino pod può trovare un cucciolo di delfino perso nell’oceano attraverso i suoi cinguettii di angoscia. Ciò che è comune in tutte queste situazioni è che il suono consente una rapida comunicazione di informazioni e una risposta, che è spesso movimento—fuggire da un incendio, sfuggire all’attacco, trovare una famiglia.
Ma le piante sono organismi sessili radicati. Mentre possono crescere verso il sole e piegarsi con la gravità, non possono fuggire. Non possono scappare. Non migrano con le stagioni. Come tale, forse i segnali acustici a cui siamo abituati nel nostro mondo sono irrilevanti per una pianta.
Detto questo, devo coprirmi di sentire sottolineando che alcune ricerche molto recenti suggeriscono che le piante possono rispondere ai suoni. Non alla musica badate bene, che è irrilevante per una pianta, ma a certe vibrazioni. Sarà molto interessante vedere come questo padelle fuori.
4. Le piante comunicano tra loro?
A livello base, sì. Ma immagino che si concentri su come definisci la comunicazione. Non c’è dubbio che le piante rispondono a segnali provenienti da altre piante. Ad esempio, se un albero di acero viene attaccato da insetti, rilascia un feromone nell’aria che viene raccolto dagli alberi vicini. Ciò induce gli alberi riceventi a iniziare a produrre sostanze chimiche che lo aiuteranno a combattere l’imminente attacco di insetti. Quindi, a prima vista, questa è sicuramente la comunicazione.
Ma penso che dobbiamo anche porre la questione dell’intento (se possiamo anche usare quella parola quando descriviamo le piante, ma mi umilia mentre antropomorfo). Gli alberi stanno comunicando, il che significa che l’albero attaccato avverte i suoi circostanti? O potrebbe essere più sottile? Forse ha più senso che il ramo attaccato stia comunicando con gli altri rami dello stesso albero nel tentativo di sopravvivenza personale, mentre gli alberi vicini, beh, stanno solo origliando e beneficiando del segnale.
Ci sono anche altri esempi di questo tipo di comunicazione. Ad esempio uno studio molto recente ha dimostrato che le piante comunicano anche attraverso segnali passati da radice a radice. In questo caso la pianta” parlante “era stata stressata dalla siccità e” ha detto ” alle piante vicine di prepararsi per la mancanza di acqua. Sappiamo che il segnale è passato attraverso le radici perché questo non è mai successo se le due piante erano semplicemente in vasi vicini. Dovevano avere radici vicine.
5. Le piante hanno una memoria?
Le piante hanno sicuramente diverse forme di memoria, proprio come fanno le persone. Hanno memoria a breve termine, memoria immunitaria e persino memoria transgenerazionale! So che questo è un concetto difficile da afferrare per alcune persone, ma se la memoria comporta la formazione della memoria (codifica delle informazioni), il mantenimento della memoria (memorizzazione delle informazioni) e il richiamo della memoria (recupero delle informazioni), le piante ricordano sicuramente. Ad esempio una trappola per mosche di Venere deve avere due dei peli sulle foglie toccati da un insetto per chiudersi, quindi ricorda che il primo è stato toccato. Ma questo dura solo circa 20 secondi, e poi si dimentica. Le piantine di grano ricordano che hanno attraversato l’inverno prima di iniziare a fiorire e produrre semi. E alcune piante stressate danno origine a progenie più resistenti allo stesso stress, un tipo di memoria transgenerazionale che è stato recentemente mostrato anche negli animali. Mentre la memoria a breve termine nella trappola di venere è basata sull’elettricità, proprio come l’attività neurale, le memorie a lungo termine si basano sull’epigenetica-cambiamenti nell’attività genica che non richiedono alterazioni nel codice del DNA, come fanno le mutazioni, che sono ancora tramandate da genitore a prole.
6. Diresti, allora, che le piante “pensano”?
No, non lo farei, ma forse è lì che sono ancora limitato nel mio modo di pensare! Per me il pensiero e l’elaborazione delle informazioni sono due costrutti diversi. Devo stare attento qui poiché questo è davvero al limite del filosofico, ma penso che il pensiero propositivo richieda un cervello altamente sviluppato e una coscienza autonoetica, o almeno noetica. Le piante mostrano elementi di coscienza anoetica che non includono, nella mia comprensione, la capacità di pensare. Proprio come una pianta non può soffrire di dolore soggettivo in assenza di un cervello, anche io non penso che pensi.
7. Vedi qualche analogia tra ciò che fanno le piante e ciò che fa il cervello umano? Ci può essere una neuroscienza delle piante, meno i neuroni?
Prima di tutto, e con il rischio di offendere alcuni dei miei amici più cari, penso che il termine neurobiologia vegetale sia ridicolo come dire, biologia floreale umana. Le piante non hanno neurone proprio come gli esseri umani non hanno fiori!
Ma non hai bisogno di neuroni per avere comunicazione cellulare e archiviazione ed elaborazione delle informazioni. Anche negli animali, non tutte le informazioni vengono elaborate o memorizzate solo nel cervello. Il cervello è dominante nell’elaborazione di ordine superiore negli animali più complessi, ma non in quelli semplici. Diverse parti della pianta comunicano tra loro, scambiando informazioni sugli stati cellulari, fisiologici e ambientali. Ad esempio, la crescita delle radici dipende da un segnale ormonale generato nelle punte dei germogli e trasportato alle radici in crescita, mentre lo sviluppo dei germogli dipende parzialmente da un segnale generato nelle radici. Le foglie inviano segnali alla punta delle riprese dicendo loro di iniziare a fare fiori. In questo modo, se si vuole veramente fare qualche mano importante agitando, l’intera pianta è analogo al cervello.
Ma mentre le piante non hanno neuroni, le piante producono e sono influenzate da sostanze chimiche neuroattive! Ad esempio, il recettore del glutammato è un neurorecettore nel cervello umano necessario per la formazione e l’apprendimento della memoria. Mentre le piante non hanno neuroni, hanno recettori del glutammato e ciò che è affascinante è che gli stessi farmaci che inibiscono il recettore del glutammato umano influenzano anche le piante. Dallo studio di queste proteine nelle piante, gli scienziati hanno imparato come i recettori del glutammato mediano la comunicazione da cellula a cellula. Quindi forse la domanda dovrebbe essere posta a un neurobiologo se ci potrebbe essere una botanica di esseri umani, meno i fiori!
Darwin, uno dei grandi ricercatori di piante, ha proposto quella che è diventata nota come l’ipotesi della “radice-cervello”. Darwin ha proposto che la punta della radice, la parte che chiamiamo il meristema, agisce come il cervello negli animali inferiori, ricevendo input sensoriali e dirigendo il movimento. Diversi gruppi di ricerca moderni stanno seguendo questa linea di ricerca.
Sei uno scienziato specializzato in neuroscienze, scienze cognitive o psicologia? E hai letto un recente articolo peer-reviewed di cui vorresti scrivere? Si prega di inviare suggerimenti a Mind Matters editor Gareth Cook, un giornalista premio Pulitzer al Boston Globe. Può essere raggiunto a garethideas A gmail.com o Twitter @ garethideas.