Blog do Buckeridge

Série Inteligência em Plantas – 6

25 de julho de 2016
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Neste artigo discuto como a inteligência nas plantas funciona na forma de redes complexas.

REDES VEGETAIS DE INTELIGÊNCIA ?

Marcos Buckeridge

O funcionamento das redes de internet é um bom parâmetro para comparar com o processamento de informação e a inteligência das plantas. A internet é uma rede hierárquica, ou seja, há hubs mais importantes do que outros. Estes pesos diferentes conferem a hierarquia ao sistema da internet. A hierarquia é importante pelos seguintes motivos: o primeiro é o fato de haver hubs que, de uma certa forma, coordenam outros hubs menos importantes e fazem com que a rede seja mais vulnerável. Isto porque, se um hub de alta patente na hierarquia for afetado (desligado, por exemplo), uma grande parte da rede pode ser desligada e prejudicar seriamente o sistema como um todo. Uma outra característica importante de uma rede hierárquica é que a informação processada por um hub de alta patente também pode funcionar como uma rede eficiente para o processamento de informações. Já temos evidências que as redes nas plantas são hierárquicas, de forma que o processamento da informação poderia ser comparado com a rede da internet. Em outras palavras, as redes hierárquicas que integram a informação nas plantas provavelmente têm a mesma fragilidade (certa vulnerabilidade ao ataque), mas por outro lado a mesma eficiência em hierarquizar informações. Mas há diferenças. Por exemplo, no caso das plantas (dos seres vivos complexos em geral) as redes apresentam diversos mecanismos que lhes conferem robustez, o que quer dizer que processos hierárquicos muito importantes podem apresentar blindagem ou então redundância, de forma que um ataque não seria capaz de inviabilizar todo o organismo.

Só que há uma diferença importante entre as redes da internet e a das plantas. A internet é uma rede hierárquica, mas não toma decisões, enquanto a planta toma. Portanto, há algo mais nas redes vegetais. Um dos elementos é um programa basal (escrito no DNA) que determina o comportamento e evita que a resposta da planta seja aleatória e simplesmente siga toda e qualquer variação interna que ocorra. A internet não tem um programa interno tão complexo como os seres vivos e por isto pode evoluir e se adaptar muito mais rápido. Isto pode ser positivo, quando pensamos na internet, mas para um ser vivo se adaptar a toda condição que aparece muito rapidamente pode gerar vulnerabilidade, já que para isto, uma planta teria que ter capacidade de gerar uma mudança correspondente em seu programa interno. Pelo que sabemos, isto não acontece, pois a evolução ocorre por mutações ao acaso e qualquer mudança no programa interno exige muito mais tempo.

Nas plantas, o funcionamento em redes tem íntima relação com a propriedade de inteligência. Isto porque ao olhar as plantas através desta lente de processamento da informação em redes, podemos entender como os processos decisórios ocorrem nelas. Estivemos limitados para usar este tipo de abordagem até recentemente em ciência por falta de técnicas que permitissem obter e processar grandes quantidades de informação a partir das plantas. Mas agora, com o advento das técnicas que chamamos de “ômicas” (genômica, transcriptômica, proteômica, metabolômica, glicômica, fenômica) que incluem não só a capacidade de gerar os dados, mas de analisa-los computacionalmente (a bioinformática), temos como catalogar uma enorme quantidade de informação e usar as ferramentas da computação biológica para entender as redes que fazem os vegetais funcionarem. Em outras palavras, temos agora melhores condições de entender como funciona a inteligência das plantas. A importância desta área de pesquisas é enorme, pois a humanidade depende inteiramente das plantas para tudo: ambiente, comida, materiais, remédios etc. Se entendermos como as redes funcionam, nós poderíamos estabelecer melhor “comunicação” com elas e poderíamos manipulá-las através de modificações em seus genomas. Com isto, teríamos condições de evitar perdas na produção de alimentos por problemas climáticos, melhorar a qualidade dos nossos alimentos e ainda criar novas plantas que sejam capazes de se adaptar a regiões onde elas ainda não chegaram, como os polos, os desertos e até outros planetas.


Série Inteligência em Plantas – 5

25 de julho de 2016
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Neste artigo comento sobre como as plantas percebem o ambiente e se é possível haver alguma forma de sentirem algo parecido com dor.

AS PLANTAS SENTEM DOR?

Marcos Buckeridge

As plantas não sentem dor no senso mais estrito do que dor significa para os animais. Em animais, de forma bem geral, a dor funciona com um sinal quando ocorre quando um estímulo interno ou externo exacerba um certo limiar. Neste caso, uma mensagem é enviada ao cérebro e é interpretada como um status de dor, o que leva aquele organismo a reagir. As plantas possuem mecanismos análogos de resposta. Já foi demonstrado que ao ser estimulado o tecido vegetal pode emitir uma onda de despolarização similar ao que ocorrem em neurônios. Esta pequena onda ocorre na região viva do tecido vascular (o floema). No entanto, esta pequena onda, não tem como se espalhar rapidamente pela planta, pois não há uma rede de células (como as células nervosas em animais) que possa levar o processo de despolarização sistemicamente (por toda a planta). O problema é que para uma planta, isto seria muito caro. Estes processos exigem grande gasto de energia e a forma de gerenciamento energético das plantas, que depende da fotossíntese que é feita somente durante o dia e que as vezes nem ocorre com uma intensidade muito alta numa sequência de dias nublados e frios. Isto não suportaria energeticamente um sistema nervoso como o dos animais. Menos ainda um sistema muscular para poder se movimentar. O que já se descobriu é que aquela pequena onda de despolarização que ocorre em volta do tecido vascular pode gerar uma onda sistêmica hidrodinâmica, ou seja uma onda vibratória que se espalha pelos canais do xilema (que está cheio de água) e com isto o sinal pode se espalhar pelo corpo da planta. No entanto, a velocidade de processamento da informação é muito menor do que a nervosa. Assim, uma diferença fundamental entre plantas e animais está relacionada aos tempos de resposta. Se tivéssemos relógios internos para comparar, veríamos que as plantas vivem em um tempo bem mais lento do que os animais em termos do fluxo de eventos e transferência de informação. Como nós vivemos com um relógio bem mais rápido, temos dificuldade em acompanhar o tempo das plantas.

Sobre nos sentirmos culpados por ferir as plantas, isto irá depender dos parâmetros que usarmos. Em alguns casos, desbastar frutos, podar certos ramos pode ser análogo a cortarmos o nosso cabelo. Mas há ferimentos que são mortais ou muito drásticos. Por exemplo, alguns dos padrões de poda feitos em árvores urbanas em São Paulo funcionam mais como mutilação e podem ser extremamente deletérios para as plantas. Isto porque as árvores vão guardando reservas no tronco para poderem produzir novas folhas na próxima estação. Em árvores, as reservas armazenadas no tronco são suficientes para produzir novas folhas por no máximo 4 vezes e o acúmulo contínuo destas reservas deve ocorrer todo ano. Se fizermos podas muito drásticas e contínuas, vamos forçando a planta a usar estas reservas em maior quantidade e mais rápido. Isto pode ir até um ponto em que a planta entra em inanição (fica sem reservas), pois não tem mais de onde tirar carbono para regenerar a sua capacidade de fotossíntese e poder guardar mais reservas para o futuro.

Em alguns casos, quando uma planta é estimulada de alguma forma (pode ser um corte) o estimulo pode se espalhar por parte ou por toda a planta e disparar mecanismos de reparo local, alterando o metabolismo. Se isto funciona com uma memória naquele local, não sabemos.

Se há dor? Não no sentido que animais têm dor. Mas há sim respostas de estresse, análogas às dos animais. Eu me sinto culpado se cortar uma planta, pois ao causar um ferimento sei que estou gerando uma série de respostas de estresse. Mas às vezes é para o bem da planta, é para ela crescer mais e melhor. É preciso, portanto conhecer melhor as plantas e saber que tipo de estímulo estamos provocando.


Série Inteligência em Plantas – 4

21 de março de 2016
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Neste artigo explico os processos de armazenamento e fluxo da informação nas plantas. Uso um experimento feito com pau-brasil em meu laboratório.

COMO AS PLANTAS “GUARDAM” MEMÓRIAS?

Marcos Buckeridge

Existem dois tipos de memória em organismos vivos. Um deles está no DNA e se refere ao resultado do processo evolutivo. O DNA das plantas contém toda a programação, não somente para construir a planta, mas também para coordenar a base de seu funcionamento. Isto é um tipo de memória da espécie que passa de geração para geração. Os programas genéticos mais eficientes são aqueles que permanecem até hoje, pois tenderam a deixar maior número de descendentes durante todo o processo de mudanças nas condições ambientais durante milhões de anos. Em alguns casos, modificações epigenéticas, que são alterações no conjunto de genes que deverá ser utilizado para executar um programa genético, podem alterar o padrão de comportamento de uma planta pelo resto de sua vida. Não sabemos ao certo, mas é possível que algumas destas modificações possam passar de geração para geração. Desta forma, uma alteração efetuada no genoma (metilações, acetilações) podem gerar novos padrões de comportamento. Esta é uma forma reversível de guardar informação que vem sendo pesquisada intensamente neste momento.

O segundo tipo de memória é quando a informação é interpretada internamente por um indivíduo e esta memória dura um certo tempo que, até onde sabemos, não passa de geração para geração. Pode ser uma memória que dure segundos, dias, meses ou até anos. Já a memória de curto prazo também pode ocorrer em certas condições. No caso das folhas do pau-brasil, o que vimos é que existe um processo de aprendizado de uma folha individual que se dá através de mecanismos relacionados ao processo de fotossíntese. Quando uma folha de uma plantinha jovem está à sombra da floresta, bem próxima ao chão, a fotossíntese só pode ocorrer em baixa intensidade luminosa ou então quando um facho de luz mais forte, capaz de atravessar a massa de folhas e ramos acima, passa sobre a folha. Vimos que estes fachos, que em inglês são chamados de “sunflex”, podem permanecer focalizados sobre certas partes das folhas por alguns segundos ou até minutos. A luz bruxuleante faz com que a intensidade luminosa varie dentro de uma faixa que pode ser 10 a 100 vezes mais do que a luz difusa que há debaixo do dossel da floresta. O que vimos é que quando um destes fachos de luz atinge pela primeira vez uma certa região da folha, não há resposta de fotossíntese, ou seja, o sistema fotossintético não reage capturando a luz e transportando os elétrons da água para gerar energia. Vimos que a mesma região da mesma folha, quando estimulada novamente após alguns segundos, passa a transportar os elétrons e se uma terceira estimulação ocorrer mais alguns segundos à frente, o sistema de captura de elétrons da folha acaba sincronizando com os fachos de luz e passa a responder prontamente ao estímulo luminoso. Isto caracteriza um sistema de adaptação eficiente a variações muito rápidas na intensidade luminosa na floresta. É um processo que denota a inteligência – senso Stenhouse – que se dá através de um ajuste que permite à planta a usar uma espécie de memória de eventos anteriores. Não sabemos quanto tempo isto dura, ou seja, não sabemos ainda se a mesma folha irá responder da mesma forma no outro dia ou se terá que iniciar o processo de novo. Mas este experimento mostra que a memória neste caso está diretamente relacionada aos mecanismos bioquímicos e celulares da fotossíntese. A pergunta que surge a partir deste experimento é: como podemos comparar este tipo de memória com a memória em animais? No caso dos animais a memória também é um resultado de processos bioquímicos e celulares que ocorrem nos neurônios. Mas isto não quer dizer que os cloroplastos das plantas sejam de fato neurônios. Mas quer dizer sim que eles podem, em certas condições, funcionar como neurônios artificiais no sentido matemático e computacional.

Agora, se ampliarmos ainda mais este conceito de que processos bioquímicos e celulares possam se comportar como neurônios artificiais, poderíamos supor que todo o metabolismo vegetal tenha um potencial parecido com o que descobrimos nas folhas do pau-brasil.

Assim, é possível pensar que o metabolismo secundário, que é extremamente complexo nas plantas e mais intenso do que em animais, funcione também como uma espécie de memória vegetal no sentido de espalhar mensagens internas (hormônios por exemplo) e externas (compostos voláteis liberados para a atmosfera, que comunicam a outros indivíduos informações). Assim, a produção de um certo padrão de compostos secundários na planta não só comunica um status interno, que pode durar algum tempo, por exemplo, quando um certo estímulo (mudança ambiental, infecção ou infestação por predadores) é dado, como também propicia a planta com a capacidade de comunicação com o mundo externo.


Série Inteligência em Plantas – 3

12 de março de 2016
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Neste artigo faço um analogia do funcionamento das plantas com as redes de informações que levam ao processo decisório com base em vários elementos ao mesmo tempo

AS PLANTAS PENSAM ?

Marcos Buckeridge

Pensar significa ser capaz de raciocinar, ou seja processar a informações de tal forma a produzir conclusões que levam a outras cadeias de raciocínio a partir das conclusões a respeito da cadeia de processamento anterior. Esta é a forma de um processo funcionar em rede.

Um bom exemplo do funcionamento em rede para levar à conclusões através de raciocínio é o mecanismo de leitura feito em nosso cérebro. Para ler, é preciso que o nosso cérebro reconheça as letras, sílabas e palavras e isto está diretamente associado ao reconhecimento de uma série de pequenos detalhes relacionados às formas destes como símbolos que são juntados dando sentido ao que lemos. O mecanismo envolve o reconhecimento de diferentes porções das letras e processam uma integração em rede que faz com que geremos associações entre os símbolos escritos em algum lugar e o que aquilo significa em geral e o que significa  para o nosso universo de símbolos. Sem funcionamento em rede, onde diversas informações são integradas, não é possível ler.

Mas há diferentes tipos de redes. Há redes ao acaso, por exemplo. Estas são redes em que a informação processada leva à conclusões que se integram sem qualquer hierarquia. Em outras palavras, em uma rede deste tipo, por não haver hierarquia e não haver integração da informação, não há como tirar conclusões. Ou seja, o resultado da interação de informação pode levar à qualquer conclusão, ao acaso. Já em uma rede hierárquica, algumas conclusões são mais importantes do que outras. Portanto,  para que ocorra uma segunda onda de processamento de um determinado conjunto de  informações após uma primeira onda de raciocínio a partir do qual em que conclusões tenham sido tiradas, há um nexo e as conclusões de diferentes ondas de raciocínio passam a ser encadeadas. Quando se processa a informação desta forma, o sistema acaba de certa forma equalizando as conclusões e assim conduzindo todo o processo em uma certa direção.  O ponto mais importante é que, esta hierarquia é sempre a mesma na planta e com isto o encadeamento do “raciocínio” tende a se repetir quando o conjunto de condições de estímulo são os mesmos. Esta capacidade de responder desta forma é certamente um comportamento inteligente.

Esta é uma forma de apreciar como as plantas processam a informação desta maneira. Por exemplo, suponhamos que artificialmente alteremos a umidade ao redor de uma planta, mas por um longo tempo mantenhamos o vaso com água normalmente. As folhas poderão detectar a diminuição da umidade e responder com alterações bioquímicas e moleculares. No entanto, as raízes continuarão funcionando normalmente, pois tudo continua como antes. Neste caso, para que a planta como um todo responda à alteração no ambiente, a informação vinda da folha irá comunicar ao restante da planta o que está ocorrendo. Isto ocorre através de vários sinais bioquímicos, como hormônios e açúcares que circulam por toda a planta. Nestas condições, as raízes irão comunicar ao resto da planta que está tudo normal. A informação passada é do tipo: aqui há nutrientes e a água está presente em quantidade não limitante.  Num caso como este, a resposta deve ser totalmente diferente do que a resposta de uma planta que esteja de fato em condição de seca. Neste caso, primeiro diminui a umidade na atmosfera e depois de um tempo o solo começa a secar também. A planta então poderá dar respostas bem mais claras. Um exemplo prático são as nossas árvores da Mata Atlântica. A diminuição na umidade no outono, combinada com uma falta d´água no solo no inverno faz com que as árvores joguem fora muitas ou todas as suas folhas. Isto acontece também com várias árvores amazônicas. Este é um processo decisório (eliminar folhas ou não?  quantas delas eliminar?) que ocorre na forma de uma integração da informação em rede por toda a planta. Um indivíduo precisa de vários sinais ao mesmo tempo que atinjam certos limiares. Uma vez que a informação é integrada a decisão é tomada. O que ainda não sabemos é como isto acontece. Não sabemos quais os processos envolvidos e ainda não conhecemos como a informação é integrada para a tomada de decisão ao nível do indivíduo.