A prima vista, la pianta Malvaceae Lavatera cretica è solo un'erbaccia poco appariscente. Questa malva ha fiori rosati e foglie larghe e piatte che seguono il sole durante il giorno. Tuttavia, ciò che il fiore fa di notte ha attirato l'attenzione della comunità scientifica sull'umile pianta. Poche ore prima dell'alba, la pianta inizia a girare le foglie nella direzione presunta del sorgere del sole. Malva sembra ricordare dove e quando il sole è sorto nei giorni precedenti e lo aspetta lì.
Quando gli scienziati in laboratorio cercano di confondere la malva cambiando la posizione della fonte di luce, impara semplicemente una nuova direzione. Ma cosa significa questa affermazione in generale: che la pianta è in grado di ricordare e imparare?
L'idea che le piante possano agire in modo intelligente, per non parlare di imparare e formare ricordi, era un punto di vista marginale fino a tempi recenti. I ricordi sono considerati fondamentalmente un fenomeno cognitivo, tanto che alcuni scienziati considerano la loro presenza un'indicazione necessaria e sufficiente che il corpo possiede tipi di pensiero basilari. Ci vuole un cervello per formare ricordi e le piante non hanno nemmeno il sistema nervoso rudimentale che hanno insetti e vermi.
Tuttavia, negli ultimi dieci anni, questa visione è stata contestata. La malva non fa eccezione. Le piante non sono solo automi organici passivi. Ora sappiamo che possono rilevare e integrare le informazioni su dozzine di variabili naturali e applicare questa conoscenza per un comportamento flessibile e adattivo.
Ad esempio, le piante possono riconoscere se le piante vicine sono correlate o meno e adattare di conseguenza le loro strategie di alimentazione.
Impatiens pallida, una delle numerose specie note per spendere la maggior parte delle sue risorse per coltivare foglie piuttosto che radici in presenza di estranei, una tattica apparentemente mirata a competere per la luce solare. Circondato da piante correlate, il tocco-me-non cambia le priorità. Inoltre, le piante sono in grado di costruire difese mirate complesse in risposta all'identificazione di predatori specifici. Una piccola capra di Tal in fiore (Arabidopsis thaliana) può seguire la vibrazione dei suoi bruchi che mangiano e rilasciare oli e sostanze chimiche speciali per respingere gli insetti.
Le piante comunicano anche tra loro e con altri organismi, come parassiti e microbi, utilizzando più canali - questo include, ad esempio, "reti micorriziche" fungine che collegano i sistemi di radici di varie piante come una sorta di Internet sotterraneo.
Forse non è poi così sorprendente che le piante siano in grado di apprendere e utilizzare la memoria per fare previsioni e decisioni.
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Cosa è compreso nei concetti di "apprendimento" e "memoria" se parliamo di piante? L'esempio più evidente nella discussione è il processo di vernalizzazione, durante il quale alcune piante devono essere esposte a basse temperature per poter fiorire in primavera. La memoria invernale aiuta le piante a distinguere tra la primavera quando gli impollinatori come le api sono impegnati e l'autunno quando sono libere, e la decisione di fiorire nel momento sbagliato può essere disastrosa per la riproduzione.
Nella pianta sperimentale preferita dai biologi, il reticulatus di Tal, un gene chiamato Flowering Locus C (FLC) produce una sostanza chimica che impedisce ai suoi piccoli fiori bianchi di aprirsi. Tuttavia, quando una pianta vive un lungo inverno, i sottoprodotti di altri geni misurano la durata dell'esposizione alle basse temperature e sopprimono la FLC in un gran numero di cellule durante la stagione fredda. Quando arriva la primavera e le giornate si allungano, una pianta che ha un basso livello di FLC a causa del freddo può iniziare a fiorire. Tuttavia, il meccanismo anti-FLC richiede un'esposizione prolungata al freddo per funzionare in modo efficace, piuttosto che brevi periodi di fluttuazione delle temperature.
La cosiddetta memoria epigenetica è qui coinvolta. Anche dopo il ritorno delle piante vernalizzate a condizioni calde, il contenuto di FLC rimane a un livello basso a causa del rimodellamento dei segni di cromatina. Queste sono proteine e piccoli radicali che si attaccano al DNA all'interno delle cellule e influenzano l'attività genica. Il rimodellamento della cromatina può anche essere trasmesso alle generazioni successive di cellule separate, in modo che queste ultime “ricordino” gli inverni passati. Se il periodo freddo è stato abbastanza lungo, le piante con alcune cellule che non sono state esposte al freddo possono ancora fiorire in primavera perché la modificazione della cromatina continua a inibire l'espressione di FLC.
Ma è davvero un ricordo? I botanici che studiano la memoria epigenetica saranno i primi a concordare sul fatto che è fondamentalmente diversa da ciò che studiano gli scienziati cognitivi.
Questo termine è solo una convenzione allegorica che combina la parola familiare "memoria" con il campo non familiare dell'epigenetica? Oppure le somiglianze tra cambiamenti cellulari e ricordi a livello dell'organismo ci rivelano profondità sconosciute di ciò che è realmente la memoria?
I ricordi epigenetici e "cerebrali" hanno una cosa in comune: cambiamenti costanti nel comportamento o nello stato del sistema causati da un agente patogeno naturale del passato. Tuttavia questa descrizione sembra troppo generale, poiché copre anche processi come danni ai tessuti e cambiamenti metabolici. Forse la domanda interessante qui non è se i ricordi siano necessari o meno per l'attività cognitiva, ma piuttosto quali tipi di memoria indicano l'esistenza di un processo cognitivo sottostante e se questi processi esistono nelle piante. In altre parole, piuttosto che guardare alla "memoria" stessa, vale la pena esplorare la questione più fondamentale di come i ricordi vengono acquisiti, formati o appresi.
"Le piante ricordano", ha detto l'ecologa comportamentale Monica Galliano in una recente intervista radiofonica. "Sanno esattamente cosa sta succedendo." All'Università dell'Australia Occidentale, Galliano studia le piante utilizzando tecniche di apprendimento comportamentale specifiche per animali. Sostiene che se le piante possono mostrare risultati che suggeriscono che altri organismi viventi possono apprendere e immagazzinare ricordi, dobbiamo ugualmente considerare la probabilità che anche le piante abbiano queste capacità cognitive. Una delle forme di apprendimento che hanno studiato in dettaglio è l'adattamento, durante il quale gli organismi viventi esposti a patogeni inattesi ma innocui (rumore, flash o luce) mostreranno in seguito una risposta proattiva che svanirà nel tempo.
Immagina di entrare in una stanza con un frigorifero ronzante: all'inizio è fastidioso, ma di regola ti ci abitui e, molto probabilmente, dopo un po ', smetterai anche di notare questo rumore. Un adattamento completo presuppone uno stimolo specifico, quindi, con l'introduzione di uno stimolo diverso e potenzialmente pericoloso, l'animale innesca una nuova risposta difensiva.
Anche in una stanza rumorosa, è più probabile che sussulti un forte rumore. Questo si chiama sollievo dall'abitudine ed è ciò che distingue il vero apprendimento da altri tipi di cambiamento, come la fatica.
Nel 2014, Galliano ei suoi colleghi hanno testato le capacità di apprendimento della mimosa durante un timido, piccolo, strisciante annuale. Le sue foglie si arricciano in risposta a una minaccia. Galliano ei suoi colleghi hanno lasciato cadere la mimosa da un'altezza (cosa che, in linea di principio, non sarebbe potuta accadere a una pianta nella sua storia evolutiva) e la pianta ha imparato che era sicura e non ha mostrato una reazione di piegatura. Tuttavia, è stata osservata una risposta quando la pianta è stata improvvisamente scossa. Inoltre, gli scienziati hanno scoperto che anche l'adattamento della timida mimosa era determinato contestualmente. Le piante imparavano più velocemente in ambienti scarsamente illuminati dove chiudere le foglie era più costoso a causa della scarsità di illuminazione e della necessità dell'osservatore di risparmiare energia. (Il team di Galliano non è stato il primo ad applicare un approccio di apprendimento comportamentale a piante come la timida mimosa,tuttavia, gli studi precedenti non erano sempre strettamente controllati e quindi hanno dato risultati contrastanti.
Ma per quanto riguarda l'apprendimento più complesso?
La maggior parte degli animali è anche in grado di apprendere condizionato e associativo, durante il quale apprendono che due stimoli sono accoppiati tra loro. Questo è ciò che ti consente di insegnare al cane ad avvicinarsi al suono del fischio: il cane inizia ad associare questo comportamento a un regalo o affetto.
In un altro studio, Galliano ei suoi colleghi hanno verificato se i semi di piselli potessero mettere in relazione il movimento dell'aria con la disponibilità di luce. Hanno messo i semi in un labirinto a Y, uno dei cui rami è stato messo in moto dall'aria - era anche il più luminoso. Le piante sono state poi lasciate crescere nel labirinto e gli scienziati si aspettavano di vedere se avrebbero padroneggiato l'associazione. I risultati sono stati positivi: hanno mostrato che le piante padroneggiano la risposta condizionata in un modo determinato dalla situazione.
Ci sono prove crescenti che le piante hanno alcune delle capacità di apprendimento intrinseche degli animali. Perché ci è voluto così tanto tempo per realizzarlo? Puoi fare un piccolo esperimento. Dai un'occhiata a questa foto. Cosa è raffigurato qui?
La maggior parte nominerà la classe generale di animali nell'immagine ("dinosauri") e descriverà ciò che fanno ("lotta", "salto"), oppure - se un fan dei dinosauri si imbatte - designerà un animale specifico ("driptosauro"). Licheni, erba, arbusti e alberi saranno raramente menzionati - per la maggior parte saranno percepiti come lo sfondo dell'evento principale, il "campo di battaglia" degli animali.
Nel 1999, i biologi James Wandersee ed Elizabeth Schuessler hanno soprannominato questo fenomeno cecità vegetale, una tendenza a ignorare il potenziale, il comportamento e il ruolo unicamente attivo delle piante in natura. Li trattiamo come elemento di fondo e non agenti attivi dell'ecosistema.
In larga misura, questa cecità è dovuta alla storia; stiamo parlando dei resti filosofici di paradigmi da tempo aboliti che continuano a influenzare la nostra comprensione del mondo naturale. Molti scienziati sono ancora influenzati dal famoso concetto aristotelico di scala naturae, la "scala degli esseri", dove le piante sono in fondo alla gerarchia di abilità e valori, e gli esseri umani sono in cima. Aristotele ha sottolineato la fondamentale divisione concettuale tra la vita vegetale immobile e insensibile e il regno animale attivo e sensibile. Secondo lui, la differenza tra il regno animale e l'umanità è altrettanto significativa; non credeva che gli animali avessero alcun tipo di pensiero a tutti gli effetti. Dopo la diffusione di queste idee nell'Europa occidentale all'inizio del 1200 e durante il Rinascimento, questa posizione di Aristotele rimase in costante popolarità.
Oggi, questo pregiudizio sistematico contro i non animali può essere chiamato zoosciavinismo. È onnipresente nel sistema educativo, nei libri di testo di biologia, nelle tendenze nelle pubblicazioni scientifiche e nei media. Inoltre, i bambini che crescono nelle città raramente interagiscono con le piante, raramente si prendono cura di loro e generalmente non le capiscono bene.
Il modo in cui funzionano i nostri corpi - i nostri sistemi di percezione, attenzione e cognizione - contribuisce alla cecità alle erbe e ai relativi pregiudizi. Le piante non ci saltano addosso, non rappresentano una minaccia e il loro comportamento non ci influenza.
La ricerca empirica suggerisce che non vengono notati così spesso come gli animali, non attirano l'attenzione così rapidamente come gli animali e ci dimentichiamo di loro più facilmente che degli animali. Percepiamo le piante come oggetti o addirittura non prestiamo loro attenzione. Inoltre, il comportamento delle piante è spesso causato da cambiamenti chimici o strutturali così piccoli, rapidi o lenti che non possiamo osservarli senza attrezzature speciali.
Inoltre, poiché noi stessi siamo animali, è più facile per noi riconoscere il comportamento animale. Recenti scoperte nel campo della robotica indicano che i partecipanti alla ricerca sono più disposti ad attribuire proprietà come emozione, intenzionalità e comportamento a sistemi che imitano il comportamento umano o animale.
Facciamo affidamento su prototipi antropomorfi per cercare di determinare se il comportamento è sano. Questo spiega la nostra riluttanza intuitiva ad attribuire capacità cognitive alle piante.
Ma il pregiudizio potrebbe non essere l'unica ragione per cui abbiamo scrollato di dosso il potenziale cognitivo delle piante. Alcuni studiosi hanno espresso la preoccupazione che concetti come "cecità dall'erba" siano solo metafore confuse. Quando la teoria cognitiva viene applicata alle piante in modo meno astratto e vago, dicono, sembra che le piante funzionino in modo molto diverso dagli animali. I meccanismi delle piante sono complessi e sorprendenti, ammettono, ma non sono meccanismi cognitivi. Si ritiene che diamo alla memoria una definizione così ampia da perdere il suo significato, e che processi come l'adattamento, infatti, non siano meccanismi cognitivi.
Un modo per esplorare il significato del processo cognitivo è esaminare se il sistema utilizza rappresentazioni. Un insieme di linee colorate può formare un'immagine di un gatto, una rappresentazione di un gatto, proprio come la parola "gatto" in questa frase.
Il cervello crea rappresentazioni di elementi dell'ambiente e quindi ci permette di navigare in questo ambiente. Quando il processo di formazione delle rappresentazioni fallisce, possiamo iniziare a formare nella mente immagini di oggetti che non sono realmente vicini a noi, ad esempio, per vedere le allucinazioni. E a volte percepiamo il mondo un po 'sbagliato, distorciamo le informazioni su di esso. Potrei aver udito male il testo della canzone - o rabbrividire, pensando che un ragno stia strisciando lungo la mia mano, quando è solo una mosca.
La capacità di interpretare erroneamente le informazioni in arrivo è un segno sicuro che il sistema sta utilizzando rappresentazioni cariche di informazioni per navigare nel mondo. Questo è il sistema cognitivo.
Man mano che formiamo ricordi, è probabile che conserviamo alcune di queste informazioni visualizzate in modo da poterle utilizzare in seguito offline. Il filosofo Francisco Calvo Garzón dell'Università spagnola di Murcia ha affermato che affinché una proprietà o un meccanismo fisico possa essere definito rappresentativo, deve "essere in grado di rappresentare oggetti o eventi temporaneamente inaccessibili". È la capacità della rappresentazione di riflettere qualcosa che non esiste, afferma, che consente alla memoria di essere considerata un segno di attività cognitiva. Una proprietà o un meccanismo che non può funzionare offline non può essere considerato veramente cognitivo.
D'altra parte, alcuni studiosi ammettono che alcune rappresentazioni possono funzionare solo online, ovvero rappresentano e tracciano elementi dell'ambiente in tempo reale. La capacità notturna della malva di prevedere dove sorgerà il sole, molto prima che appaia, sembra implicare rappresentazioni offline; altre piante eliotropiche, che seguono solo il sole mentre si muove nel cielo, impiegano ovviamente un qualche tipo di rappresentazione online. Tuttavia, gli organismi che utilizzano solo rappresentazioni online, dicono gli scienziati, possono anche essere considerati cognitivi. Tuttavia, i processi offline e la memoria sono prove più convincenti che il corpo non risponde solo in modo riflessivo all'ambiente. Ciò è particolarmente importante in relazione allo studio di organismi che non siamo intuitivamente inclini a considerare cognitivi, come le piante.
Esistono prove che le piante visualizzano e memorizzano informazioni sull'ambiente per un uso successivo?
Durante il giorno, la malva gira le sue foglie verso il sole usando il tessuto motore alla base dello stelo - questo processo è attivamente controllato dai cambiamenti nella pressione dell'acqua all'interno della pianta, questo è chiamato turgore. La scala e la direzione della luce solare sono codificate in tessuti fotosensibili distribuiti sul modello geometrico delle vene delle foglie di malva e le informazioni su di esse vengono memorizzate fino al mattino. La pianta inoltre tiene traccia dei cicli del giorno e della notte con il suo orologio circadiano interno, sensibile ai segnali naturali del tramonto e dell'alba.
Di notte, guardando le informazioni da tutte queste fonti, la malva può prevedere dove e quando sorgerà il sole la mattina successiva. Potrebbe non funzionare con concetti come "sole" o "alba", ma memorizza informazioni sul vettore del sole e sui cicli del giorno e della notte, che gli consentono di riorientare le sue foglie prima dell'alba in modo che la loro superficie sia rivolta verso il sole nascente. Consente inoltre alla pianta di imparare una nuova posizione quando i fisiologi ingannano la sua testa cambiando la direzione della sorgente luminosa. Nell'oscurità creata artificialmente, il meccanismo anticipatorio può funzionare anche offline per diversi giorni. Si tratta di ottimizzare le risorse disponibili, in questo caso la luce solare.
Questo meccanismo può essere considerato una "rappresentazione" - che sostituisce gli elementi del mondo circostante che determinano il comportamento della pianta? Credo di si.
Proprio come i neuroscienziati cercano di identificare i meccanismi del sistema nervoso per studiare la memoria negli animali, i ricercatori sulle piante cercano di comprendere i meccanismi della memoria che consentono alle piante di immagazzinare e utilizzare le informazioni, e usano anche questa memoria per personalizzare il loro comportamento.
Stiamo appena iniziando a comprendere le capacità uniche di questo gruppo flessibile e diversificato di organismi. Mentre ampliamo i nostri orizzonti di curiosità oltre il regno animale e persino il regno vegetale per studiare funghi, batteri e protozoi, potremmo essere sorpresi di scoprire che molti di questi organismi impiegano le stesse strategie comportamentali e principi di base che noi stessi, inclusa la capacità di imparare e formare ricordi.
Perché si possano compiere progressi, è necessario prestare particolare attenzione ai meccanismi. Dobbiamo capire chiaramente quando, come e perché ricorriamo all'allegoria. Dovresti essere preciso nelle tue affermazioni teoriche. E se le prove ci indirizzano in una direzione che è in contrasto con la saggezza convenzionale, dobbiamo seguire con coraggio dove porta. Tali programmi di ricerca sono ancora agli inizi, ma certamente continuano a generare nuove scoperte che minano ed espandono la comprensione umana delle piante, offuscando i soliti confini che separano il regno vegetale dal regno animale.
Certo, cercare di pensare a ciò che il pensiero in generale può significare nel caso di questi organismi è piuttosto un volo di fantasia, poiché in realtà non hanno una divisione in cervello (mente) e corpo (movimento).
Tuttavia, con un certo sforzo, possiamo alla fine andare oltre i concetti esistenti di "memoria", "apprendimento" e "pensiero" - che originariamente hanno guidato la nostra richiesta.
Vediamo che in molti casi il ragionamento sui processi di apprendimento e di memoria nelle piante si basa non solo su immagini allegoriche, ma anche su fatti aridi. E la prossima volta che incontri una malva sul ciglio della strada, tremante ai raggi del sole, rallenta, guardala con occhi nuovi e ricorda che questa erba poco appariscente è piena di straordinarie capacità cognitive.
