Plants communicate distress using their own kind of nervous system / Le piante comunicano l'angoscia usando il proprio tipo di sistema nervoso

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Le piante hanno una "testa pensante" con la quale comunicano, prendono decisioni, ricordano perfino. La prossima volta che vi capiterà di osservare un albero, o anche solo un cactus della terrazza, certo li guarderete con occhio diverso. Perché le piante, dalla quercia più imponente al fiore più esile, hanno una "testa pensante": riflettono, si scambiano informazioni o avvertimenti, prendono decisioni. E il loro cervello segreto è nelle radici. 
Una verità che Charles Darwin aveva già sospettato e che viene confermata dalla scienza. Su ogni singola punta delle radici (il nome è apice radicale) c'è un gruppo di cellule che comunica usando neurotrasmettitori, proprio come i nostri neuroni; e queste cellule elaborano e rispondono alle informazioni che arrivano qui da tutta la pianta. 
Ciascun apice è autonomo, ma può anche coordinarsi con gli altri. Un vero e proprio cervello diffuso il cui funzionamento a rete ricorda quello di internet, e che permette agli alberi non solo di comunicare, ma persino di avere una memoria e una sorta di autocoscienza.
La scoperta è di un gruppo di ricercatori delle Università di Firenze e di Bonn e rappresenta una svolta in ciò che finora si sapeva sui vegetali. È nata persino una nuova scienza, la neurobiologia vegetale, Gli studiosi della nuova disciplina hanno dato vita alla Society for plant neurobiology e a una rivista, Plant signaling & behavior(comunicazione e comportamento delle piante).
"Le ricerche hanno provato che le piante si comportano come esseri intelligenti. Il rischio per noi è stato che si equivocasse una ricerca scientifica solida con credenze popolari che hanno diffuso una serie incredibile di sciocchezze" avverte Stefano Mancuso, del dipartimento di ortoflorofrutticoltura dell'Università di Firenze. 
"La neurobiologia vegetale è nata qui e all'Università di Bonn, con il team di Frantisek Baluska, dell'Istituto di botanica molecolare e cellulare. Abbiamo scoperto che in ciascun apice radicale c'è una zona, detta di transizione, le cui cellule hanno caratteristiche neuronali. Mettono cioè in atto una trasmissione sinaptica identica a quella dei tessuti neurali animali".
L'impulso scorre nel cervello della pianta attraverso molecole, i neurotrasmettitori, molti dei quali sono gli stessi con cui comunicano i neuroni animali. "In questi apici troviamo glutammato, glicina, sinaptotagmina, gaba, acetilcolina. Ci siamo chiesti: che cosa ci stanno a fare, se le piante non hanno una trasmissione sinaptica?" racconta il ricercatore. Se era noto che i vegetali producono sostanze attive neurologicamente, come caffeina, teina o cannabina, la scoperta di neurotrasmettitori ha evidenziato l'attività neurale. 
Anche il ruolo del più importante ormone vegetale finora conosciuto, l'auxina, è stato ridefinito. Baluska: "Permette alla pianta di accrescersi o di emettere nuove radici ed è un neurotrasmettitore specifico dei vegetali, molto simile alle nostre melatonina o serotonina".
"È tempo di dare il benvenuto alle piante nel novero degli organismi intelligenti" afferma Peter Barlow, della School of biological science dell'Università di Bonn. Una prova di "intelligenza vegetale", del resto, è il comportamento in caso di difficoltà. Le piante agiscono infatti con lo stesso sistema prova-errore degli animali: davanti a un problema procedono per tentativi fino a trovare la soluzione ottimale di cui, poi, si ricordano quando si presenta una situazione simile. Se per esempio manca acqua, aumentano lo spessore dell'epidermide, ne chiudono le aperture, gli stomi, evitando la traspirazione. Riducono poi il numero di foglie aumentando quello delle radici per esplorare zone vicine. 
Viene da chiedersi, però, se non si tratti di stimoli puramente meccanici. "No, si tratta di un comportamento intelligente" sostiene Mancuso. "Se le radici dovessero solo trovare acqua, potrebbe essere automatico. Ma devono anche cercare ossigeno, nutrienti minerali, crescere secondo il senso della gravità, evitare attacchi. 
E valutare quindi contemporaneamente le comunicazioni chimiche che le piante si scambiano attraverso l'aria e la terra: messaggi sullo stato di salute o sui parassiti. Se sono attaccate da patogeni, comunicano alle simili della stessa specie con gas e sostanze volatili che c'è un pericolo, invitandole ad aumentare le difese immunitarie. I vegetali, così, dimostrano di essere anche sociali". 
Sociali ma non necessariamente socievoli. Essendo esseri territoriali, le piante si mandano segnali del tipo "qui ci sono io", emettendo sostanze disciolte nel terreno. Le radici intercettano le comunicazioni, capiscono se hanno vicino una pianta della stessa specie, e in tal caso la reazione è blanda, oppure se è un'avversaria, e allora diventano aggressive fino a lanciare sostanze velenose. 
Tenendo conto di tutti questi stimoli l'apice decide cosa fare. Decisione che viene anche dal ricordo: una pianta che ha già affrontato un certo problema è in grado di rispondere in modo più efficiente. "Questa caratteristica" ricorda Mancuso "era nota: si parlava di acclimatazione. Per esempio, l'olivo a ottobre-novembre si modifica per affrontare l'inverno. Finora lo si spiegava come una risposta meccanica alle variazioni ambientali. In realtà la pianta decide di farlo quando sente le condizioni che ha memorizzato".
Le piante hanno anche una certa coscienza di sé. Diversi esperimenti hanno mostrato che, prendendone due geneticamente identiche, due cloni, e mettendole accanto, quella che è messa in ombra dall'altra si muove alla ricerca di luce. Se invece si accorge di essere essa stessa a farsi ombra con un ramo, nulla accade. 
Ma tutte le piante sono ugualmente dotate? Un filo d'erba ha lo stesso Q.I. di una quercia centenaria? "È possibile che ci siano piante più intelligenti, ma ancora non lo sappiamo" riconosce Mancuso. "Per misurare il quoziente intellettivo di un ratto lo si mette in un labirinto e si guarda quanto impiega ad arrivare al cibo. Si è visto che una radice di mais inserita in un labirinto la cui meta era dell'azoto ci arrivava senza sbagliare, trovando la via più corta: in questo caso si tratta di organi di senso più raffinati".
"Siamo appena all'inizio di una rivoluzione nel nostro modo di pensare alle piante" commenta Dieter Volkmann, del gruppo di Bonn. Questi studi, oltre a rivoluzionare le conoscenze sulle piante, hanno ricadute anche sull'uomo. I neuroni verdi possono fungere da modello per sperimentare terapie contro malattie degenerative del sistema nervoso, come il morbo di Parkinson e di Alzheimer. 
"Gli animali vengono utilizzati, e con successo, in questo tipo di studi. Usare le piante non è però un regresso nella scala evolutiva" dice Mancuso. "Una cellula neuronale vegetale è sì un modello semplificato di neurone, ma proprio per questo consente di individuarne più facilmente i meccanismi. 
Non ci sono problemi di vivisezione e le cellule delle piante sono facilmente trasformabili geneticamente, caratteristiche che potrebbero farne un materiale da laboratorio valido dalla ricerca di base alle applicazioni terapeutiche. 
Il Medical research council di Cambridge, il laboratorio di biologia molecolare fucina di premi Nobel, collabora con noi in questo campo". Non è finita: i neuroni delle piante potrebbero presto diventare un modello anche per gli studi sull'intelligenza artificiale. 

Le piante possono mancare di cervello, ma hanno un sistema nervoso, di sorta. E ora i biologi delle piante hanno scoperto che quando una foglia viene mangiata, avvisa altre foglie usando alcuni degli stessi segnali degli animali. Il nuovo lavoro sta iniziando a svelare un mistero di vecchia data su come le diverse parti di una pianta comunicano tra loro.

Le cellule nervose degli animali si parlano tra loro con l'aiuto di un amminoacido chiamato glutammato, che, dopo essere stato rilasciato da una cellula nervosa eccitata, aiuta a scatenare un'ondata di ioni di calcio nelle cellule adiacenti. L'onda viaggia lungo la prossima cellula nervosa, che trasmette un segnale a quello successivo in linea, consentendo la comunicazione a lunga distanza.

Ma gli scienziati stavano studiando qualcos'altro quando si sono imbattuti nella loro scoperta: come le piante reagiscono alla gravità. Hanno sviluppato un sensore molecolare in grado di rilevare aumenti di calcio, che a loro parere potrebbero avere un ruolo. Hanno sviluppato il sensore, che brilla più luminoso man mano che i livelli di calcio aumentano, in una pianta di senape chiamata Arabidopsis. Hanno quindi tagliato una delle sue foglie per vedere se potevano rilevare eventuali attività di calcio.

Videro immediatamente un bagliore che diventò più luminoso, poi più fioco, proprio vicino alla ferita; poi il bagliore apparve e scomparve più lontano finché l'onda di calcio raggiunse le altre foglie (sopra), riportano oggi in Science. Ulteriori studi hanno individuato il glutammato come fattore scatenante dell'ondata di calcio.

Sebbene i biologi delle piante già sappiano che i cambiamenti di una parte di una pianta sono percepiti dagli altri, non hanno idea di come queste informazioni siano state trasmesse. Ora che hanno visto l'onda di calcio e il ruolo del glutammato, i ricercatori possono monitorare meglio e forse un giorno persino manipolare le comunicazioni interne delle piante.

ENGLISH

Plants have a "thinking head" with which they communicate, make decisions, even remember. The next time you happen to observe a tree, or even just a cactus on the terrace, you will certainly look at them with a different eye. Because plants, from the most imposing oak to the slimmer flower, have a "thinking head": they reflect, exchange information or warnings, make decisions. And their secret brain is in the roots.

A truth that Charles Darwin had already suspected and which is confirmed by science. On every single tip of the roots (the name is root apex) there is a group of cells that communicates using neurotransmitters, just like our neurons; and these cells process and respond to the information coming here from the whole plant.

Each peak is autonomous, but can also coordinate with others. A real widespread brain whose network functioning resembles that of the Internet, and which allows the trees not only to communicate, but even to have a memory and a sort of self-awareness.

The discovery is of a group of researchers from the Universities of Florence and Bonn and represents a turning point in what so far was known about plants. Even a new science, plant neurobiology, has been born,

The scholars of the new discipline gave life to the Society for plant neurobiology and to a journal, Plant signaling & behavior (communication and behavior of plants).

"Research has shown that plants behave like intelligent beings.The risk for us was that solid scientific research was equivocated with popular beliefs that spread an incredible series of nonsense," warns Stefano Mancuso, from the University's Department of Orthoflorofruiting from Florence.

"Plant neurobiology was born here and at the University of Bonn, with the team of Frantisek Baluska, of the Institute of Molecular and Cellular Botany, and we found that in each root apex there is an area called transition, whose cells they have neuronal characteristics, that is, they carry out a synaptic transmission identical to that of animal neural tissues ".

The impulse flows through the brain of the plant through molecules, the neurotransmitters, many of which are the same with which they communicate the animal neurons. "In these quotes we find glutamate, glycine, synaptotagmin, gaba, acetylcholine, and we asked ourselves: what are they doing, if the plants do not have a synaptic transmission?" tells the researcher. If it was known that plants produce neurologically active substances, such as caffeine, theine or cannabina, the discovery of neurotransmitters has shown neural activity.

The role of the most important plant hormone known to date, auxin, has also been redefined. Baluska: "It allows the plant to grow or emit new roots and is a plant-specific neurotransmitter, very similar to our melatonin or serotonin".

"It is time to welcome plants in the list of intelligent organisms," says Peter Barlow, of the School of biological science at the University of Bonn. A test of "plant intelligence", moreover, is behavior in case of difficulty. The plants act in fact with the same trial-error system of the animals: in front of a problem they proceed by trial until they find the optimal solution of which, then, they remember when a similar situation presents itself.

If, for example, water is missing, the thickness of the epidermis increases, closes the openings, the stomata, preventing transpiration. They then reduce the number of leaves by increasing the number of roots to explore nearby areas.

One wonders, however, if these are not purely mechanical stimuli. "No, it's an intelligent behavior," says Mancuso. "If the roots were only to find water, it could be automatic, but they must also look for oxygen, mineral nutrients, grow according to the sense of gravity, avoid attacks.

And then evaluate at the same time the chemical communications that plants exchange between air and earth: messages on the state of health or on pests. If they are attacked by pathogens, they communicate to the like of the same species with gas and volatile substances that there is a danger, inviting them to increase the immune defenses. Thus, vegetables prove to be social too ".

Social but not necessarily sociable. Being territorial beings, plants send signals like "here I am", emitting substances dissolved in the soil. The roots intercept the communications, they understand if they have near a plant of the same species, and in this case the reaction is bland, or if it is an adversary, and then they become aggressive up to launch poisonous substances.

Taking into account all these stimuli the peak decides what to do. Decision that comes also from memory: a plant that has already faced a certain problem is able to respond more efficiently. "This characteristic" recalls Mancuso "was known: it was acclimatized, for example, the olive tree in October-November changed to face the winter, so far it was explained as a mechanical response to environmental variations. to do it when he feels the conditions he has memorized ".

Plants also have a certain self-awareness. Several experiments have shown that, by taking two genetically identical ones, two clones, and putting them side by side, the one that is shadowed by the other moves in search of light. If, on the other hand, he realizes that it is itself shadowing itself with a branch, nothing happens.

But are all plants equally equipped? A blade of grass has the same Q.I. of a centenarian oak? "It is possible that there are more intelligent plants, but we still do not know", recognizes Mancuso. "To measure a rat's IQ, you put it in a labyrinth and look at how long it takes to get to food.

It has been seen that a corn root inserted in a labyrinth whose goal was nitrogen arrived without making a mistake, finding the shortest way: in this case it is the most refined sense organs ".

"We are just at the beginning of a revolution in our way of thinking about plants," says Dieter Volkmann, of the Bonn group. These studies, besides revolutionizing the knowledge on plants, have also fallen on humans. Green neurons can act as a model for testing therapies against degenerative diseases of the nervous system, such as Parkinson's and Alzheimer's.

"Animals are used successfully in this type of study, but using plants is not a regression on the evolutionary scale," says Mancuso. "A plant neuronal cell is a simplified model of neuron, but that is why it allows us to identify its mechanisms more easily.

There are no vivisection problems and the plant cells are easily genetically transformed, characteristics that could make it a valuable laboratory material from basic research to therapeutic applications.

The Medical Research Council of Cambridge, the Nobel Prize for Molecular Biology Laboratory, works with us in this field. "It's not over: plant neurons may soon become a model for artificial intelligence studies.

Plants may lack brains, but they have a nervous system, of sorts. And now, plant biologists have discovered that when a leaf gets eaten, it warns other leaves by using some of the same signals as animals. The new work is starting to unravel a long-standing mystery about how different parts of a plant communicate with one another.

Animal nerve cells talk to each other with the aid of an amino acid called glutamate, which—after being released by an excited nerve cell—helps set off a wave of calcium ions in adjacent cells. The wave travels down the next nerve cell, which relays a signal to the next one in line, enabling long-distance communication.

But scientists were investigating something else when they stumbled on their discovery: how plants react to gravity. They developed a molecular sensor that could detect increases in calcium, which they thought might play a role. They bred the sensor, which glows brighter as calcium levels increase, into a mustard plant called Arabidopsis. They then cut one of its leaves to see whether they could detect any calcium activity.

They immediately saw a glow that got brighter, then dimmer, right next to the wound; then the glow appeared and disappeared farther away until the wave of calcium reached the other leaves (above), they report today in Science. Further study pinpointed glutamate as the trigger of the calcium wave.

Although plant biologists already know that changes to one part of a plant are sensed by the others, they had no idea how that information was transmitted. Now that they have seen the calcium wave and the role of glutamate, researchers can better monitor and—perhaps one day even manipulate—the plant’s internal communications.

Da:

http://www.giovannaspantigati.it/neurobiologia_delle_piante_-_stefano_mancuso.html

http://www.sciencemag.org/news/2018/09/plants-communicate-distress-using-their-own-kind-nervous-system?utm_campaign=news_daily_2018-09-13&et_rid=344224141&et_cid=2367982