Plantele pot avea „iluzii optice” care le influențează direcția de creștere
Un nou studiu realizat de cercetători de la Universitatea Tel Aviv arată cum plantele, deși nu au nici creier și nici sistem nervos, integrează lumina care vine din multiple direcții pentru a stabili încotro să crească. Rezultatele sugerează că acest proces apare din percepția locală a luminii de-a lungul tulpinii, fără a fi nevoie de un sistem centralizat de procesare a informației.
Receptorii de lumină răspândiți pe tulpină detectează local sursele de lumină, le convertesc intensitatea în semnale biologice care „codează” informația și abia apoi le însumează. În anumite cazuri, acest mecanism poate face planta să se încline într-o direcție ușor diferită de cea a iluminării celei mai intense — un fenomen pe care cercetătorii îl descriu drept un fel de „iluzie optică”.
Studiul a fost coordonat de Aharon Kempinski, dr. Amir Porat, dr. Mathieu Rivière și profesoara Yasmine Meroz de la Școala de Științe ale Plantelor și Securitate Alimentară și de la Centrul pentru Fizica și Chimia Sistemelor VII ale Universității Tel Aviv, și a fost publicat în revista PNAS.
Semnalede locale care ghidează tulpina
Cercetătorii explică faptul că, în timp ce multe animale au organe senzoriale dedicate, precum ochii sau urechile, și un sistem nervos central care procesează informațiile senzoriale, plantele funcționează ca sisteme distribuite. Receptorii lor de lumină sunt localizați în principal în stratul exterior al tulpinii, astfel încât diferite regiuni percep lumina în mod local.
Echipa a dezvoltat un model fizic și geometric pentru a explica modul în care aceste semnale locale se combină într-o singură direcție de creștere, fără a necesita un sistem central de procesare. În experimente, puieții de floarea-soarelui au fost expuși la lumină albastră de intensități variate din direcții diferite, iar mișcarea lor a fost documentată timp de peste 20 de ore. Puieții au fost iluminați mai întâi dintr-o singură sursă, apoi din două surse opuse.
Deși au crescut în direcția luminii mai puternice, îndoirea lor nu a fost direct proporțională cu diferența dintre intensitățile luminoase. Motivul este că răspunsul plantei la lumină este neliniar: o sursă cu intensitate dublă nu generează un semnal biologic de două ori mai puternic. Atunci când planta însumează semnale care au trecut deja prin acest tip de procesare, direcția rezultată poate diferi de cea care ar rezulta din simpla adunare fizică a surselor de lumină. Modelul matematic a prezis cu succes cât de puternic și în ce direcție se vor îndoi puieții în diferite condiții de iluminare.
Lumină mai slabă și iluzii optice
Într-o a doua etapă, cercetătorii au examinat ce se întâmplă atunci când o plantă este iluminată din mai multe direcții diferite. Au poziționat două surse de lumină de intensitate egală una opusă celeilalte, cu o a treia sursă, mai slabă, plasată perpendicular pe primele două. Cele două surse puternice și-au anulat reciproc influența, iar puieții au crescut spre lumina mai slabă. Rezultatul confirmă că plantele combină semnalele direcționale de lumină, în loc să crească pur și simplu spre cea mai puternică iluminare.
Modelul prevede și o consecință surprinzătoare: plantele pot experimenta un fel de „iluzie optică”. Aceasta nu înseamnă că plantele văd imagini, ci că direcția pe care o percep ca primind cea mai multă lumină poate diferi ușor de direcția reală a iluminării maxime. Modelul a prezis mici distorsiuni, dar din cauza fluctuațiilor naturale ale mișcării plantelor, experimentul actual nu a putut să le măsoare direct.
„Ce este fascinant este că plantele pot integra informații complexe despre mediul lor fără un creier sau un sistem central de procesare”, spune Meroz. „Calculul apare din modul în care lumina este percepută și procesată local de-a lungul tulpinii. Lucrarea noastră arată cum organizarea fizică a unui sistem senzorial poate determina modul în care un organism percepe și răspunde la mediul său. Acest principiu s-ar putea extinde mult dincolo de plante, la celule, bacterii și alte sisteme vii care se bazează pe percepția distribuită.”
