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La mente de las plantas

por Laura Ruggles

12 de diciembre de 2017

A PRIMERA VISTA, la malva de Cornualles (Lavatera cretica) es poco más que una mala hierba poco atractiva. Tiene flores rosadas y hojas anchas y planas que siguen la luz solar durante todo el día. Sin embargo, es lo que hace la malva por la noche lo que ha catapultado a esta humilde planta al centro de atención científica. Horas antes del amanecer, entra en acción, girando sus hojas para encarar por anticipado la dirección del amanecer. La malva parece recordar dónde y cuándo salió el sol los días anteriores, y actúa para asegurarse de que pueda recolectar la mayor cantidad de energía luminosa posible cada mañana. Cuando los científicos intentan confundir a las malvas en sus laboratorios intercambiando la ubicación de la fuente de luz, las plantas simplemente aprenden la nueva orientación.

¿Qué significa incluso decir que una malva puede aprender y recordar la ubicación del amanecer? La idea de que las plantas pueden comportarse de manera inteligente, y mucho menos aprender o formar recuerdos, era una noción marginal hasta hace muy poco. Se cree que los recuerdos son tan fundamentalmente cognitivos que algunos teóricos sostienen que son un marcador necesario y suficiente para saber si un organismo puede realizar los tipos de pensamiento más básicos. Seguramente la memoria requiere un cerebro, y las plantas carecen incluso del rudimentario sistema nervioso de insectos y gusanos.

Sin embargo, durante la última década, este punto de vista ha sido fuertemente cuestionada. La malva no es una anomalía. Las plantas no son simplemente autómatas pasivos orgánicos. Ahora sabemos que pueden sentir e integrar información sobre docenas de diferentes variables ambientales y que utilizan este conocimiento para guiar un comportamiento flexible y adaptativo.

Por ejemplo, las plantas pueden reconocer si las plantas cercanas son parientes o no, y ajustar sus estrategias de alimentación en consecuencia. La flor Impatiens pallida, también conocida como alga pálida, es una de varias especies que tiende a dedicar una mayor proporción de recursos al cultivo de hojas en lugar de raíces cuando es colocada cerca de plantas extrañas a ella, una táctica aparentemente orientada a competir por la luz solar, un imperativo que se reduce cuando se crece junto a plantas hermanadas a ella. Las plantas también organizan defensas complejas y específicas en respuesta al reconocimiento de depredadores concretos. La pequeña flr Arabidopsis thaliana, también conocida como thale o berro de oreja de ratón, puede detectar las vibraciones causadas por las orugas que la mastican y así liberar aceites y productos químicos para repeler a los insectos.

Las plantas también se comunican entre sí y con otros organismos, como parásitos y microbios, utilizando una variedad de canales, incluidas las "redes de micorrizas" de hongos que conectan los sistemas de raíces de múltiples plantas, como una especie de Internet subterránea. Quizás no sea realmente tan sorprendente, entonces, que las plantas aprendan y usen los recuerdos para predecir y tomar decisiones.

¿QUÈ IMPLICA EL APRENDIZAJE y la memoria para una planta? Un ejemplo que está al frente y al centro del debate es la vernalización, un proceso en el que ciertas plantas deben exponerse al frío antes de que puedan florecer en la primavera. El 'recuerdo del invierno' es lo que ayuda a las plantas a distinguir entre la primavera (cuando los polinizadores, como las abejas, están muy ocupados) y el otoño (cuando no están activos los polinizadores, y la decisión de florecer en la época incorrecta del año podría ser desastrosa desde el punto de vista reproductivo).

En la planta experimental favorita de los biólogos, A thaliana, un gen llamado FLC produce una sustancia química que impide que se abran sus pequeñas flores blancas. Sin embargo, cuando la planta está expuesta a un largo invierno, los subproductos de otros genes miden el tiempo que ha estado frío y cierran o reprimen las FLC en un número creciente de células a medida que persiste el frío. Cuando llega la primavera y los días comienzan a alargarse, la planta, preparada por el frío para tener un bajo CLL, ahora puede florecer. Pero para ser efectivo, el mecanismo anti-FLC necesita un período frío prolongado, en lugar de períodos más cortos de temperaturas fluctuantes.

Esto involucra lo que se llama memoria epigenética. Incluso después de que las plantas vernalizadas se devuelvan a condiciones cálidas, la FLC se mantiene baja mediante la remodelación de las llamadas marcas de cromatina. Se trata de proteínas y pequeños grupos químicos que se adhieren al ADN dentro de las células e influyen en la actividad genética. La remodelación de la cromatina puede incluso transmitirse a generaciones posteriores de células divididas, de modo que estas células producidas posteriormente "recuerden" inviernos pasados. Si el período frío ha sido lo suficientemente largo, las plantas con algunas células que nunca pasaron por un período frío aún pueden florecer en primavera, porque la modificación de la cromatina continúa inhibiendo la acción de las FLC.

¿Pero se puede llamar a esto memoria? Los científicos de plantas que estudian la "memoria epigenética" serán los primeros en admitir que es fundamentalmente diferente del tipo de cosas que estudian los científicos cognitivos. ¿Es este uso del lenguaje solo una taquigrafía metafórica, que cierra la brecha entre el mundo familiar de la memoria y el dominio desconocido de la epigenética? ¿O revelan las similitudes entre los cambios celulares y los recuerdos a nivel de organismo algo más profundo sobre lo que realmente es la memoria?

Tanto los recuerdos epigenéticos como los "cerebrales" tienen una cosa en común: un cambio persistente en el comportamiento o el estado de un sistema, causado por un estímulo ambiental que ya no está presente. Sin embargo, esta descripción parece demasiado amplia, ya que también captaría procesos como daño en los tejidos, heridas o cambios metabólicos. Quizás la pregunta interesante no sea realmente si los recuerdos son necesarios o no para la cognición, sino más bien qué tipos de recuerdos indican la existencia de procesos cognitivos subyacentes y si estos procesos existen en las plantas. En otras palabras, en lugar de mirar la "memoria" en sí, sería mejor examinar la cuestión más fundamental de cómo se adquieren, forman o aprenden los recuerdos.

"Las plantas recuerdan", dijo la ecóloga del comportamiento Monica Gagliano en una entrevista de radio reciente, "saben exactamente lo que está pasando". Gagliano es un investigador de la Universidad de Australia Occidental, que estudia las plantas aplicando técnicas de aprendizaje conductual desarrolladas para animales. Ella razona que si las plantas pueden producir los resultados que nos llevan a creer que otros organismos pueden aprender y recordar, deberíamos concluir de la misma manera que las plantas comparten estas capacidades cognitivas. Una forma de aprendizaje que se ha estudiado ampliamente es la habituación, en la que las criaturas expuestas a un estímulo inesperado pero inofensivo (un ruido, un destello de luz) tendrán una respuesta de advertencia que disminuirá lentamente con el tiempo. Piense en entrar en una habitación con un refrigerador zumbando: al principio es molesto, pero por lo general se acostumbrará y tal vez ni se dé cuenta después de un tiempo. La verdadera habituación es específica del estímulo, por lo que con la introducción de un estímulo diferente y potencialmente peligroso, el animal se reactivará. Incluso en una sala ruidosa, probablemente se sobresaltará con el sonido de un fuerte estallido. A esto se le llama deshabituación y distingue el aprendizaje genuino de otros tipos de cambio, como la fatiga.

En 2014, Gagliano y sus colegas probaron las capacidades de aprendizaje de una pequeña planta llamada Mimosa pudica, una planta anual rastrera también conocida como touch-me-not (no-me-toques, AyR). Su nombre proviene de la forma en que sus hojas se cierran a la defensiva en respuesta a una amenaza. Cuando Gagliano y sus colegas dejaron caer una Mimosa pudica desde una altura (algo que la planta nunca habría encontrado en su historia evolutiva), las plantas se dieron cuenta de que esto era inofensivo y no exigía una respuesta de plegado. Sin embargo, mantuvieron la capacidad de respuesta cuando se los sacudió de repente. Además, los investigadores descubrieron que la habitabilidad de la Mimosa pudica también era sensible al contexto. Las plantas aprendieron más rápido en entornos con poca luz, donde era más costoso cerrar las hojas debido a la escasez de luz y la necesidad de conservar energía. (El grupo de investigación de Gagliano no fue el primero en aplicar enfoques de aprendizaje conductual a plantas como Mimosa pudica, pero los estudios anteriores no siempre estuvieron bien controlados, por lo que los hallazgos fueron inconsistentes).

Pero, ¿qué pasa con el aprendizaje más complejo? La mayoría de los animales también son capaces de un aprendizaje condicionado o asociativo, en el que se dan cuenta de que dos estímulos tienden a ir juntos. Esto es lo que te permite adiestrar a tu perro para que venga cuando silbas, ya que el perro llega a asociar ese comportamiento con golosinas o cariño. En otro estudio, publicado en 2016, Gagliano y sus colegas probaron si el Pisum sativum, o guisante de jardín, podría vincular el movimiento del aire con la disponibilidad de luz. Colocaron las plántulas en la base de un laberinto en forma de Y, para ser golpeadas por el aire proveniente de solo una de las horquillas, la más brillante. Luego se permitió que las plantas crecieran en cualquier bifurcación del laberinto en forma de Y, para comprobar si habían aprendido la asociación. Los resultados fueron positivos, mostrando que las plantas aprendieron la respuesta condicionada de una manera relevante para la situación.

CADA VEZ HAY MÁS PRUEBAS de que las plantas comparten algunas de las preciadas capacidades de aprendizaje de los animales. ¿Por qué hemos tardado tanto en darnos cuenta de esto? Podemos empezar a comprender las causas realizando un pequeño experimento. Mira esta imagen. ¿Qué representa?

La mayoría de las personas responderán nombrando la clase general de animales presentes ('dinosaurios') y lo que están haciendo ('peleando', 'saltando'), o si son fanáticos de los dinosaurios, identificando los animales específicos ('género Dryptosaurus' ). Rara vez se mencionan los musgos, las hierbas, los arbustos y los árboles de la imagen; a lo sumo, se los puede referir como el fondo o el escenario del evento principal, que comprende a los animales presentes "en un campo".

En 1999, los educadores de biología James Wandersee y Elisabeth Schussler llamaron a este fenómeno ceguera ante las plantas, una tendencia a pasar por alto las capacidades, el comportamiento y los roles ambientales únicos y activos que desempeñan las plantas. Los tratamos como parte del trasfondo, no como agentes activos en un ecosistema.

Algunas de las razones de la ceguera de las plantas son históricas: resacas filosóficas de paradigmas largamente desmantelados que continúan infectando nuestro pensamiento sobre el mundo natural. Muchos investigadores todavía escriben bajo la influencia de la influyente noción de Aristóteles de la scala naturae, la escalera de la vida, con las plantas en la parte inferior de la jerarquía de capacidad y valor, y el ser humano en la cima. Aristóteles enfatizó la división conceptual fundamental entre la vida vegetal inmóvil e insensible y el reino sensorial activo de los animales. Para él, la división entre los animales y la humanidad era igualmente marcada; no creía que los animales pensaran, de ninguna manera significativa. Después de la reintroducción de tales ideas en la educación de Europa occidental a principios del siglo XIII y durante todo el Renacimiento, el pensamiento aristotélico ha permanecido notablemente persistente.

Hoy en día, podríamos llamar a este sesgo sistemático contra los no animales zoochauvinismo. Está bien documentado en el sistema educativo, en los libros de texto de biología, en las tendencias de lo que se publica y en la representación de los medios. Además, los niños que crecen en las ciudades tienden a carecer de contacto con las plantas a través de la observación interactiva, el cuidado de las plantas y la apreciación y el conocimiento de las plantas basada en el contacto por proximidad.

Las particularidades de la forma en que funcionan nuestros cuerpos (nuestros sistemas de percepción, atención y cognitivos) contribuyen a la ceguera y los prejuicios hacia las plantas. Las plantas no suelen saltar sobre nosotros de repente, no presentan una amenaza inminente o no se comportan de una manera que obviamente nos impacta. Los hallazgos empíricos muestran que las plantas no se detectan con tanta frecuencia como los animales, no captan nuestra atención tan rápidamente y las olvidamos más fácilmente que a los animales. A menudo es adaptativo tratarlos como objetos o simplemente filtrarlos. Además, el comportamiento de las plantas implica con frecuencia cambios químicos y estructurales que son simplemente demasiado pequeños, demasiado rápidos o demasiado lentos para que los percibamos sin un equipamento adecuado.

Como nosotros mismos somos animales, también es más fácil para nosotros identificar el comportamiento animal como si fuera EL comportamiento. Los hallazgos recientes en robótica indican que es más probable que los participantes humanos atribuyan propiedades como la emoción, la intencionalidad y el comportamiento a un sistema cuando ese sistema se ajusta al comportamiento animal o humano. Parece que, cuando decidimos interpretar un comportamiento como inteligente, nos basamos en prototipos antropomórficos. Esto ayuda a explicar nuestra reticencia intuitiva a atribuir capacidades cognitivas a las plantas.

PERO QUIZÁS EL PREJUICIO NO SEA la única razón por la que se ha descartado la cognición vegetal. A algunos teóricos les preocupa que conceptos como "memoria vegetal" no sean más que metáforas confusas. Cuando intentamos aplicar la teoría cognitiva a las plantas de una manera menos vaga, dicen, parece que las plantas están haciendo algo bastante diferente a los animales. Los mecanismos de las plantas son complejos y fascinantes, coinciden, pero no cognitivos. Existe la preocupación de que estemos definiendo la memoria de manera tan amplia que no tenga sentido, o que cosas como la habituación no sean, en sí mismos, mecanismos cognitivos.

Una forma de sondear el significado de la cognición es considerar si un sistema comercia con representaciones. Generalmente, las representaciones son estados que tratan sobre otras cosas y pueden reemplazar esas cosas. Un conjunto de líneas de colores puede formar una imagen que representa a un gato, al igual que la palabra "gato" en esta página. Los estados del cerebro también se toman generalmente para representar partes de nuestro entorno y, por lo tanto, nos permiten navegar por el mundo que nos rodea. Cuando las cosas van mal con nuestras representaciones, podríamos representar cosas que no existen en absoluto, como cuando tenemos alucinaciones. De manera menos drástica, a veces nos equivocamos un poco o tergiversamos partes del mundo. Es posible que escuche mal las letras de manera divertida (a veces llamadas "mondegreens") o me asuste violentamente pensando que una araña se arrastra por mi brazo, cuando solo es una mosca. La capacidad de equivocarse de esta manera, de tergiversar algo, es una buena indicación de que un sistema está utilizando representaciones cargadas de información para navegar por el mundo; es decir, que es un sistema cognitivo.

Cuando creamos recuerdos, podría decirse que retenemos parte de esta información representada para su uso posterior "sin conexión". El filósofo Francisco Calvo Garzón de la Universidad de Murcia en España ha argumentado que, para que un estado físico o mecanismo sea representativo, debe "representar cosas o eventos que no están disponibles temporalmente". La capacidad de las representaciones para reemplazar algo que no está allí, afirma, es la razón por la que se considera que la memoria es la marca de la cognición. A menos que pueda operar fuera de línea, un estado o mecanismo no es genuinamente cognitivo.

Por otro lado, algunos teóricos admiten que ciertas representaciones solo pueden operar "en línea", es decir, representan y rastrean partes del entorno en tiempo real. La capacidad nocturna de la malva para predecir dónde saldrá el Sol, incluso antes de que aparezca, parece implicar representaciones "fuera de línea"; otras plantas heliotrópicas, que siguen al Sol solo mientras se mueve por el cielo, posiblemente involucran una especie de representación "en línea". Los organismos que usan solo esa representación en línea, dicen los teóricos, aún podrían ser cognitivos. Pero los procesos fuera de línea y la memoria proporcionan una evidencia más sólida de que los organismos no solo responden de manera refleja a su entorno inmediato. Esto es particularmente importante para establecer afirmaciones sobre organismos que no estamos inclinados intuitivamente a pensar que son cognitivos, como las plantas.

¿Existe evidencia de que las plantas representan y almacenan información sobre su entorno para su uso posterior? Durante el día, la malva utiliza tejido motor en la base de sus tallos para girar sus hojas hacia el sol, un proceso que se controla activamente mediante cambios en la presión del agua dentro de la planta (llamado turgencia). La magnitud y la dirección de la luz solar se codifica en tejido sensible a la luz, se extiende sobre la disposición geométrica de las venas de las hojas de la malva y se almacena durante la noche. La planta también rastrea información sobre el ciclo del día y la noche a través de sus relojes circadianos internos, que son sensibles a las señales ambientales que señalan el amanecer y el anochecer.

De la noche a la mañana, utilizando información de todas estas fuentes, la malva puede predecir dónde y cuándo saldrá el sol al día siguiente. Puede que no tenga conceptos como 'el sol' o 'amanecer', pero almacena información sobre el vector de luz y los ciclos día / noche que le permite reorientar sus hojas antes del amanecer para que sus superficies miren hacia el sol mientras asciende en el cielo. Esto también le permite volver a aprender una nueva ubicación cuando los fisiólogos de plantas se meten con su "cabeza" cambiando la dirección de la fuente de luz. Cuando las plantas se cierran en la oscuridad, el mecanismo de anticipación también funciona fuera de línea durante unos días. Al igual que otras estrategias de alimentación, se trata de optimizar los recursos disponibles, en este caso, la luz solar.

¿Este mecanismo cuenta como una "representación", en lugar de partes del mundo que son relevantes para el comportamiento de la planta? Sí, en mi opinión. Así como los neurocientíficos intentan descubrir los mecanismos en el sistema nervioso para comprender el funcionamiento de la memoria en los animales, la investigación con plantas está comenzando a desentrañar los sustratos de la memoria que permiten a las plantas almacenar y acceder a información, y utilizar esa memoria para guiar el comportamiento.

Las plantas son un grupo diverso y flexible de organismos cuyas extraordinarias capacidades apenas estamos empezando a comprender. Una vez que ampliemos la vista de nuestra curiosidad más allá de los reinos animales e incluso vegetales, para observar hongos, bacterias, protozoos, podríamos sorprendernos al descubrir que muchos de estos organismos comparten muchas de las mismas estrategias y principios básicos de comportamiento que nosotros, incluida la capacidad para formas de aprendizaje y memoria.

Para lograr un progreso efectivo, debemos prestar especial atención a los mecanismos de las plantas. Necesitamos tener claro cuándo, cómo y por qué usamos la metáfora. Necesitamos ser precisos acerca de nuestras afirmaciones teóricas. Y cuando la evidencia apunta en una dirección, incluso cuando se aleja del consenso común, debemos seguir con valentía hacia donde nos lleve. Estos programas de investigación aún están en su infancia, pero sin duda continuarán conduciendo a nuevos descubrimientos que desafían y amplían las perspectivas humanas sobre las plantas, desdibujando algunas de las fronteras tradicionales que separaban los reinos de las plantas y los animales.

Por supuesto, es un esfuerzo de imaginación tratar de pensar en lo que el pensamiento podría significar para estos organismos, que carecen de la división cerebro (mente) / cuerpo (motor). Sin embargo, si nos esforzamos, podríamos terminar expandiendo los conceptos, como "memoria", "aprendizaje" y "pensamiento", que inicialmente motivaron nuestra investigación. Una vez hecho esto, vemos que, en muchos casos, hablar de aprendizaje y memoria de las plantas no es solo metafórico, sino también práctico. La próxima vez que te encuentres con una malva en la acera que se balancea a la luz del sol, tómate un momento para mirarla con nuevos ojos y apreciar la ventana que esta pequeña hierba abre a las extraordinarias capacidades cognitivas de las plantas.

Sobre este tema hemos publicado un dossier en la revista Prisma, número 4 (Apoyo Mutuo vegetal, 22.07.2016), que puede descargarse en formato PDF de manera gratuita AQUÍ.