algunos biólogos argumentan que la «neurobiología» ha sido definida demasiado estrechamente
Mimosa pudica, también llamada planta sensible o no, pliega sus hojas rápidamente cuando se las perturba mecánicamente. Pocas plantas exhiben movimientos tan rápidos, aunque muchas—como las que abren y cierran sus flores según la hora del día—responden con movimientos más lentos a los estímulos ambientales.,
adaptado con permiso de The Brain: Big Bangs, Behaviors, and Beliefs, por Rob DeSalle e Ian Tattersall, publicado por Yale University Press. Copyright © 2012 por Rob DeSalle e Ian Tattersall
algunas personas piensan que las plantas responden a hablar, Tocar música y otras formas de atención humana. Y aunque es muy probable que las plantas no procesen el lenguaje humano, son muy conscientes de su entorno y son muy capaces de comunicarse entre sus células., Además, algunos científicos piensan que el sistema de comunicación interna de una planta está muy cerca de lo que podríamos llamar legítimamente un sistema nervioso. Después de todo, algunas mimosas son famosas por retraerse rápidamente después de ser perturbadas, y las atrapamoscas de Venus reaccionan rápidamente a la presencia de insectos en sus dispositivos de captura. Charles Darwin hizo observaciones comparables y propuso ideas similares sobre las plantas., En una de sus obras menos conocidas, El Poder del movimiento en las plantas (1880), escribió sobre la radícula, la raíz embrionaria en una planta, y la sensibilidad de su punta a diversos tipos de estimulación:
no es exagerado decir que la punta de la radícula así dotada, y que tiene el poder de dirigir los movimientos de las partes adyacentes, actúa como el cerebro de uno de los animales inferiores; el cerebro está sentado dentro del el cuerpo, recibiendo impresiones de los órganos de los sentidos, y dirigiendo los varios movimientos.,
Darwin decía que la radícula no solo se comporta como un cerebro al dirigir las funciones de otras células, sino que también se posiciona en el lugar correspondiente en la anatomía de la planta. Algunos botánicos modernos han extendido esta idea. En 2005,se celebró la primera reunión internacional de Neurobiología vegetal en Florencia, Italia, y en 2006 se lanzó una nueva revista, Plant Signaling and Behavior. ¿Qué proponen los neurobiólogos de las plantas?
la idea de que las plantas tienen sistemas nerviosos proviene de varias fuentes de información., En primer lugar, las plantas tienen genes que son similares a los que especifican los componentes del sistema nervioso animal. Tales componentes incluyen receptores para el glutamato, un aminoácido que es uno de los bloques de construcción de las proteínas, pero que también funciona como un neurotransmisor. Otros componentes son los activadores de la vía neurotransmisora, como los conocidos como proteínas G-box, y una familia de proteínas «14-3-3», que actúan para unirse a varias proteínas de señalización. Todas estas proteínas se han observado en animales, en los que se ha demostrado que tienen papeles distintos en la función neural. Sin embargo, también se encuentran en las plantas.,
en segundo lugar, aunque es más que probable que esas proteínas no tengan funciones «neuronales» en las plantas, algunas proteínas vegetales se comportan de manera muy similar a las moléculas neuronales. En tercer lugar, algunas plantas parecen mostrar regiones similares a la sinapsis entre las células, a través de las cuales las moléculas de neurotransmisores facilitan la comunicación entre células. En el requisito de comparación se incluye que las regiones deben tener las mismas características que las sinapsis animales, como la formación de vesículas, pequeñas burbujas que almacenan los neurotransmisores que se liberarán a través de la sinapsis., En cuarto lugar, muchas plantas tienen sistemas vasculares que parecen que podrían actuar como conductos para los «impulsos» que necesitan transmitir a través del cuerpo de la planta. Por último, algunas células vegetales muestran lo que podría interpretarse como potenciales de acción—eventos en los que la polaridad eléctrica a través de la membrana celular hace una reversión rápida y temporal, como ocurre en las células neurales animales.
La Ilustración de El Poder del movimiento en las plantas muestra uno de los experimentos de Darwin con una radícula de frijol., (A) un pequeño cuadrado de la tarjeta unida cerca de la punta hace que la flexión lejos de la tarjeta, como si la radícula ha encontrado un obstáculo. (B) con el tiempo, la flexión, que se efectúa no por el crecimiento en la punta, sino por las células más arriba de la radícula, aumenta a un ángulo recto. (C) eventualmente la punta comienza a doblarse hacia abajo a través de la acción del geotropismo. Con la radícula suspendida en el aire, las células en la región de la curva no detectan directamente la compresión contra un obstáculo, por lo que es el ápice sensible el que inicia su respuesta.,
veamos estos diversos tipos de información y lo que pueden implicar para la existencia de funciones similares al cerebro en las plantas.
no es sorprendente encontrar genes en plantas que están relacionados con genes animales involucrados en el sistema nervioso. De hecho, la confirmación de este hecho fue uno de los primeros resultados realmente interesantes de los diversos proyectos del genoma. La razón por la que no es sorprendente es que toda la vida en el planeta está unida a través de ancestros comunes., Encontrar genes en común entre organismos ampliamente divergentes es lo que uno esperaría con la descendencia de ancestros comunes. Por lo tanto, un genoma bacteriano típico resulta tener el equivalente del 2 por ciento aproximadamente de sus genes en el genoma humano. Para las plantas el número es de aproximadamente 17 por ciento, y para organismos tales como moscas y gusanos el número salta a entre 30 y 40 por ciento. Otra forma de medir la similitud de genomas es preguntar cuánto varían las secuencias reales de bases en los genes de un genoma., Para los vertebrados, cuando se examina la similitud de secuencias, El número oscila entre aproximadamente el 85 por ciento, para parientes lejanos como los peces, al 98,7 por ciento, para el chimpancé, y el 99,7 por ciento para nuestro pariente cercano extinto, el Homo neanderthalensis. Lo que no era tan esperado, sin embargo, es la amplia distribución de las principales categorías de genes que están representadas tanto en plantas como en animales.
aún así, la evolución puede facilitar algunas notables «variaciones sobre temas» con genes., Si un gen produce una proteína involucrada en un proceso particular en las plantas, el gen correspondiente en un animal o un hongo no necesariamente tiene que producir una proteína que tenga la misma función. Un ejemplo instructivo son los receptores de glutamato, que están involucrados en la sinapsis neural animal e interactúan con el neurotransmisor glutamato. Las plantas tienen receptores de glutamato también, pero si sirven algo como una función «neural» es otra cuestión., Un examen de la distribución de esta familia de genes en los genomas de plantas y animales nos mostrará cómo las familias de genes pueden divergir y cómo las funciones de estos genes también pueden divergir.
en los animales, estos receptores se encuentran principalmente en el extremo receptor de las células nerviosas, su región «postsináptica». El glutamato se transporta a través de la sinapsis, se encuentra con los receptores, y por lo tanto excita un potencial de acción, o disparo de la célula nerviosa. Sucede que dos tipos principales de receptores de glutamato se reconocen sobre la base de cómo promueven el impulso postsináptico., El primer tipo es «ionotrópico»: los receptores de glutamato recubren los poros del canal iónico a través de la membrana celular de la célula nerviosa receptora, y cuando los receptores se unen al glutamato, los poros se activan y los iones fluyen a través de ellos. En los receptores «metabotrópicos», los canales iónicos se activan más indirectamente, a través de Cascadas de señalización que generalmente están vinculadas a las proteínas G (que se unen a la guanina, una de las cuatro bases del ácido nucleico).
para que el proceso funcione, los receptores de glutamato también tienen que unirse a lo que se llaman agonistas., Hay tres tipos principales de agonistas que interactúan con los receptores ionotrópicos de glutamato: AMPA (propionato alfa-amino-3-hidroxil-5-metil4-isoxazol), NMDA (ácido N-metil-D-aspártico) y kainato. Otros agonistas interactúan con los receptores metabotrópicos. También hay varias versiones de los receptores de glutamato para las funciones ionotrópica y metabotrópica, así como varias dentro de esas categorías funcionales que son específicas para diferentes agonistas. Así que hay múltiples versiones de genes para las proteínas en los animales (eso es lo que se llama una familia de genes)., Por ejemplo, la mayoría de los mamíferos tienen dieciséis receptores ionotrópicos de glutamato: cuatro que usan AMPA como agonista, siete que usan NMDA como agonista y cinco que usan kainate como agonista. Del mismo modo, los ratones y los seres humanos tienen ocho receptores metabotrópicos de glutamato, cada uno de los cuales utiliza una variedad de agonistas.
Las plantas tienen receptores de glutamato que son más similares al tipo ionotrópico., Arabidopsis thaliana (Thale cress), un caballo de batalla de la genética vegetal y la genómica, tiene veinte miembros de esta familia de genes, un número en el mismo estadio, curiosamente, que los dieciséis receptores ionotrópicos de glutamato en los mamíferos. Además, se han descubierto tres categorías principales de receptores de glutamato en plantas, recordando que hay tres categorías principales de receptores de glutamato animal ionotrópico (aquellos que usan AMPA, NMDA y kainita como agonistas). Pero, ¿los subgrupos de receptores de glutamato ionotrópico animal corresponden aproximadamente a los de las plantas?, En otras palabras, ¿están los receptores de glutamato animal que usan AMPA como agonista más estrechamente relacionados con un subconjunto particular de receptores de glutamato vegetal que con cualquier otro receptor animal o vegetal?
de hecho, las tres categorías de receptores de glutamato vegetal no se parecen en absoluto a estas categorías animales. Por un lado, aparentemente todos los animales evolucionaron los mismos genes en esta familia de genes a través de duplicaciones en antepasados comunes, mientras que los receptores de glutamato de las plantas parecen evolucionar a partir de un único ancestro común que existía antes de que las plantas y los animales divergieran., Eso significa que los receptores de glutamato muy específicos de los animales no tienen una relación uno a uno con los receptores de glutamato de las plantas. Tampoco los receptores en las plantas muestran una relación con órganos distintos, como lo hacen en los animales.
además, aparte de cualquier similitud en los genes, podemos recurrir a nuestra segunda similitud aparente, la de la función de las proteínas especificadas por los genes. De hecho, es cierto que los receptores de glutamato de las plantas pueden interferir con los receptores de glutamato de los animales, lo que sugiere que los receptores de las plantas todavía tienen alguna función equivalente en las células nerviosas de los animales., Hay, por ejemplo, el extraño caso en la isla de Guam de la ingestión humana de material de cícada (plantas ricas en un aminoácido similar al glutamato) causando síntomas neurodegenerativos similares a los de Alzheimer, Parkinson y enfermedades de Lou Gehrig. Y la expresión de los receptores de glutamato de las plantas es específica de la raíz, la ubicación que algunos científicos encuentran más sugestiva de los sistemas nerviosos de las plantas., Si bien un pequeño subconjunto de estos receptores parece ser importante en el desarrollo temprano de las raíces, sin embargo, los diferentes receptores en las plantas generalmente no muestran una relación con órganos distintos, como lo hacen en los animales. Aún así, si los receptores de glutamato no sirven a las funciones del sistema nervioso en las plantas, ¿por qué están allí? El argumento más común para su retención en las plantas es que sirven como proteínas de defensa para alejar a las especies de insectos invasores.,
tercero, dado todo esto, ¿existen estructuras vegetales que se comportan como sinapsis, junto con moléculas que se comportan como neurotransmisores activos en la región» sináptica»? Para que esto signifique algo, es necesario confirmar algunas características de las plantas. La comunicación sináptica debe mostrarse, implementada por neurotransmisores y Receptores transmisores neuronales de la misma manera que en la neurotransmisión animal, por ejemplo, a través de vesículas cerca de la sinapsis., Un candidato a neurotransmisor es la auxina (ácido indol-3-acético), una pequeña molécula que algunos botánicos sienten que es el mejor argumento para el comportamiento neurológico en las plantas. También hay transportadores para auxina que se comportan mucho como receptores, en que ayudan al movimiento de auxina a través de la membrana celular. ¿Pero el sistema auxina actúa como neurotransmisión? Algunos científicos dirían que sí., El botánico Molecular Gerd Jürgens del Instituto Max Planck de Biología del desarrollo, por ejemplo, ha demostrado que el transporte de auxinas se logra a través del» tráfico de vesículas», un proceso que involucra vesículas celulares (pequeñas burbujas encerradas en lípidos) que tienen características similares a los neurotransmisores animales.
aún así, la auxina no se encuentra en animales, y parece ser una proteína específica de la planta que regula el crecimiento. Para algunos, las observaciones de Jürgens sugieren que las estructuras de las vesículas podrían ser lo suficientemente similares como para hacer un buen argumento., Cuando se examinan los tipos de» sinapsis » hechas en las plantas, dos tipos de uniones resultan tener dominios proteicos incrustados en la membrana celular. El sistema de transporte de auxina, logrado a través del tráfico de vesículas, está influenciado por la luz y la gravedad para controlar la comunicación célula-célula, y utiliza auxina como transmisor, comportándose de la misma manera que un neurotransmisor.
la otra «sinapsis» se comporta como la interconexión entre una célula inmune animal y una célula patógena. En los animales, este sistema implementa la respuesta inmune y la destrucción del patógeno invasor., En las plantas, permite al individuo no solo tratar con patógenos, sino también estabilizar las interacciones con simbiontes, una función importante. Las plantas establecen interacciones bidireccionales útiles con muchos microorganismos como bacterias y hongos, y en algunos casos estos microbios realizan tareas que la planta no puede hacer por sí sola. Algunas plantas no pueden procesar nitrógeno ambiental, por lo que forman una relación simbiótica con bacterias del género Rhizobium para hacer el truco, y el apego similar a la sinapsis es esencial para la relación., En el proceso, los rizobios obtienen el beneficio de ser alimentados por la planta.
entonces, para abordar el cuarto y quinto puntos planteados anteriormente sobre la existencia de los sistemas neuronales de las plantas, ¿Qué pasa con los impulsos eléctricos o potenciales de acción en las plantas, y sus posibles vías como parte del sistema vascular de la planta? Curiosamente, la conductividad eléctrica en las plantas fue descubierta unos años antes de que Luigi Galvani hiciera sus macabros experimentos frogleg de la década de 1780 que mostraban impulsos eléctricos en animales. Así que no hay duda de que las señales eléctricas o tal vez incluso los potenciales de acción existen en las plantas., También está bastante claro que, como dijo Eric Davies en la Universidad Estatal de Carolina del Norte, «la razón fundamental por la que las plantas tienen señales eléctricas es que permiten una transmisión de información muy rápida y sistémica, de modo que toda la planta se informa casi instantáneamente, aunque solo una región puede haber sido perturbada.»Sin embargo, la naturaleza del potencial de acción es bastante diferente en plantas y animales, aunque ambos involucran los canales iónicos de sus células., Mientras que los animales producen el potencial de acción por un intercambio de iones de sodio y potasio, los potenciales de las plantas se producen con el transporte de calcio que es mejorado por el cloruro y reducido por el potasio.
entonces, ¿qué concluimos?
la noción de que las plantas tienen cerebro en algún sentido es a la vez interesante y estimulante., Tan provocador, de hecho, que en 2007 treinta y seis investigadores de treinta y tres instituciones publicaron una carta abierta en la revista Trends in Plant Science sosteniendo que «la neurobiología de las plantas no contribuye a nuestra comprensión de la fisiología de las plantas, la biología celular de las plantas o la señalización», e implorando a los proponentes de la iniciativa que «reevaluaran críticamente el concepto y desarrollaran una base intelectualmente rigurosa para él», una buena manera de decir: «basta.»
En general, la respuesta de los neurobiólogos de las plantas sobre el asunto de los «cerebros» de las plantas ha sido bastante conflictiva., Anthony Trewavas de la Universidad de Edimburgo sugirió que «la neurobiología vegetal es una metáfora», y nada más. Su enfoque estaba en el término en sí, y su interés estaba principalmente en su importancia en la conducción de la ciencia para entender la biología celular de las plantas y los misterios de la comunicación y señalización de célula a célula de la planta. Pero los biólogos Franti.sek Balu.,ska de la Universidad de Bonn y Stefano Mancuso de la Universidad de Florencia argumentaron enérgicamente a favor de la existencia literal de los sistemas nerviosos en las plantas, sugiriendo que «la eliminación del antiguo cisma aristotélico entre plantas y animales unificará todos los organismos multicelulares bajo un paraguas conceptual».'»
obviamente, ambas perspectivas no pueden ser correctas. Trewavas nos parece llamarlo lo que es: simplemente un caso de discutir similitudes. Es la metáfora misma la que hace que las declaraciones sobre la similitud de los sistemas vegetal y animal sean tan interesantes., Pero para que sea útil, tienes que reconocer que es metáfora. Unificar plantas y animales bajo un solo «paraguas conceptual» cuando realmente no lo hay, crea un problema genuino. Por un lado, hay buena evidencia de que las plantas y los animales no comparten un ancestro común a la exclusión de todos los demás organismos en el planeta. Los hongos y los muchos organismos unicelulares que tienen núcleos se interponen en el camino. Un paraguas unificador disfrazaría esta realidad y socavaría la utilidad de la metáfora. Cuando una metáfora ya no es reconocida como tal, la falacia se convierte en la regla del día.
