Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Isabel Vaz Belchior

I'm a neuroscientist,

Sou neurocientista,

and I'm the co-founder of Backyard Brains,

e sou cofundador da Backyard Brains.

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

A nossa missão é formar a próxima geração de neurocientistas

by taking graduate-level neuroscience research equipment

agarrando em equipamento de investigação de ciências neurológicas

and making it available for kids in middle schools and high schools.

e tornando-o acessível a miúdos do ensino básico e secundário.

And so when we go into the classroom,

Assim, quando entramos na sala de aula,

one way to get them thinking about the brain, which is very complex,

uma forma de fazê-los pensar no cérebro, que é muito complexo,

is to ask them a very simple question about neuroscience,

é fazer uma simples pergunta sobre neurociência, que é:

and that is, "What has a brain?"

"Quem é que tem cérebro?"

When we ask that,

Quando perguntamos isto,

students will instantly tell you that their cat or dog has a brain,

os alunos dirão logo que o seu cão ou o seu gato têm cérebro,

and most will say that a mouse or even a small insect has a brain,

e a maioria dirá que o rato, ou talvez o pequeno inseto tem cérebro,

but almost nobody says that a plant or a tree

mas quase ninguém dirá que uma planta ou uma árvore

or a shrub has a brain.

ou um arbusto tem cérebro.

And so when you push --

Por isso, quando vamos mais longe

because this could actually help describe a little bit

— porque isso pode ajudar a descrever um pouco

how the brain actually functions --

como o cérebro realmente funciona —

so you push and say,

quando insistimos e dizemos:

"Well, what is it that makes living things have brains versus not?"

"Porque é que os seres vivos têm cérebro e as outras coisas não têm?"

And often they'll come back with the classification

Muitas vezes eles virão com a classificação

that things that move tend to have brains.

de que as coisas que se movem costumam ter cérebro.

And that's absolutely correct.

Isso está totalmente correto.

Our nervous system evolved because it is electrical.

O sistema nervoso evoluiu porque é elétrico.

It's fast, so we can quickly respond to stimuli in the world

É rápido, por isso, reagimos rapidamente aos estímulos do mundo

and move if we need to.

e movemo-nos se precisarmos.

But you can go back and push back on a student,

Mas podemos recuar e pressionar um aluno:

and say, "Well, you know, you say that plants don't have brains,

"Bem, tu dizes que as plantas não têm cérebro,

but plants do move."

"mas as plantas movem-se."

Anyone who has grown a plant

Qualquer pessoa que cultiva uma planta

has noticed that the plant will move

reparou que a planta se move,

and face the sun.

vira-se para o sol.

But they'll say, "But that's a slow movement.

Mas eles dirão: "Mas é um movimento lento.

You know, that doesn't count. That could be a chemical process."

"Isso não conta, pode ser um processo químico."

But what about fast-moving plants?

Então, e as plantas que se movem depressa?

Now, in 1760, Arthur Dobbs, the Royal Governor of North Carolina,

Em 1760, Arthur Dobbs, o governador real da Carolina do Norte,

made a pretty fascinating discovery.

fez uma descoberta muito fascinante.

In the swamps behind his house,

No pântano por detrás da casa dele

he found a plant that would spring shut

encontrou uma planta que se fechava

every time a bug would fall in between it.

sempre que um inseto caía dentro dela.

He called this plant the flytrap,

Chamou a esta planta "papa-moscas".

and within a decade, it made its way over to Europe,

Dez anos depois, essa planta já se encontrava na Europa,

where eventually the great Charles Darwin got to study this plant,

onde o grande Charles Darwin acabou por estudá-la.

and this plant absolutely blew him away.

Ficou estupefacto com esta planta

He called it the most wonderful plant in the world.

e chamou-lhe a planta mais espantosa do mundo

This is a plant that was an evolutionary wonder.

É uma planta que é uma maravilha da evolução.

This is a plant that moves quickly,

É uma planta que se move rapidamente,

which is rare,

o que é raro,

and it's carnivorous, which is also rare.

e é carnívora, o que também é raro.

And this is in the same plant.

Tudo isso na mesma planta.

But I'm here today to tell you

Mas, hoje, vou dizer-vos

that's not even the coolest thing about this plant.

que isso não é o mais espetacular desta planta.

The coolest thing is that the plant can count.

A coisa mais fixe é que esta planta sabe contar.

So in order to show that,

Para poder mostrar isso

we have to get some vocabulary out of the way.

teremos que passar por um certo vocabulário.

So I'm going to do what we do in the classroom with students.

Vou fazer o que faço com os alunos na sala de aula.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

Vamos fazer uma experiência em eletrofisiologia

which is the recording of the body's electrical signal,

que é o registo do sinal elétrico do corpo,

either coming from neurons or from muscles.

quer venha dos neurónios ou dos músculos.

And I'm putting some electrodes here on my wrists.

Vou colocar uns elétrodos nos meus pulsos.

As I hook them up,

Enquanto os prendo,

we're going to be able to see a signal

vamos ver um sinal aqui no ecrã.

on the screen here.

And this signal may be familiar to you.

Talvez conheçam este sinal.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

Chama-se ECG, ou eletrocardiograma.

And this is coming from neurons in my heart

Este sinal vem dos neurónios no meu coração

that are firing what's called action potentials,

que descarregam o que se chama "potenciais de ação"

potential meaning voltage and action meaning it moves quickly up and down,

em que o potencial é a voltagem

e a ação o movimento rápido para cima e para baixo

which causes my heart to fire,

o que faz com que o meu coração bata,

which then causes the signal that you see here.

o que provoca o sinal que vemos aqui.

And so I want you to remember the shape of what we'll be looking at right here,

Por isso, quero que se lembrem da forma que vamos observar aqui

because this is going to be important.

porque é importante.

É esta a forma que o cérebro codifica as informações

This is a way that the brain encodes information

in the form of an action potential.

sob a forma de potencial de ação.

So now let's turn to some plants.

Agora, viremo-nos para as plantas.

So I'm going to first introduce you to the mimosa,

Primeiro, vou apresentar-vos a mimosa,

not the drink, but the Mimosa pudica,

não a bebida, mas a "Mimosa pudica".

and this is a plant that's found in Central America and South America,

É uma planta que se encontra na América Central e na América do Sul

and it has behaviors.

e tem vários comportamentos.

And the first behavior I'm going to show you

O primeiro comportamento que vou mostrar

is if I touch the leaves here,

é, que se eu tocar aqui nas folhas,

you get to see that the leaves tend to curl up.

vemos que as folhas tendem a fechar-se.

And then the second behavior is,

O segundo comportamento é que,

if I tap the leaf,

se bater na folha,

the entire branch seems to fall down.

todo o ramo parece cair.

So why does it do that?

Porque é que faz isto?

It's not really known to science.

A ciência não sabe bem.

One of the reasons why could be that it scares away insects

Uma das razões para isso será afugentar os insetos

or it looks less appealing to herbivores.

ou parecer menos atrativa para os herbívoros.

But how does it do that? Now, that's interesting.

Mas como é que faz isso? É interessante.

We can do an experiment to find out.

Podemos fazer uma experiência para descobrir.

So what we're going to do now,

O que vamos fazer agora é:

just like I recorded the electrical potential from my body,

tal como eu registei o potencial elétrico do meu corpo,

we're going to record the electrical potential from this plant, this mimosa.

vamos registar o potencial elétrico desta planta, desta mimosa.

And so what we're going to do is I've got a wire wrapped around the stem,

Enrolei um fio em volta do caule

and I've got the ground electrode where?

e onde ponho o elétrodo de terra?

In the ground. It's an electrical engineering joke. Alright.

Na terra.

Isto é uma piada da engenharia elétrica.

(Laughter)

(Risos)

Alright. So I'm going to go ahead and tap the leaf here,

Ok. Vou continuar e bater aqui na planta.

and I want you to look at the electrical recording

Olhem para o registo elétrico

that we're going to see inside the plant.

que vamos ver no interior da planta.

Whoa. It is so big, I've got to scale it down.

Uau! É tão grande que vou ter de reduzir.

Alright. So what is that?

Ok. Então, o que é aquilo?

That is an action potential that is happening inside the plant.

É um potencial de ação que ocorre dentro da planta.

Why was it happening?

Porque é que isso acontece?

Because it wanted to move. Right?

Porque ela quer mover-se. Certo?

And so when I hit the touch receptors,

Por isso, quando eu toquei nos recetores de tacto,

it sent a voltage all the way down to the end of the stem,

enviou uma voltagem até ao final do caule

que a levou a mover-se.

which caused it to move.

And now, in our arms, we would move our muscles,

Nos nossos braços, nós movemos os músculos,

but the plant doesn't have muscles.

mas a planta não tem músculos.

What it has is water inside the cells

O que tem é água dentro das células.

and when the voltage hits it, it opens up, releases the water,

Quando a voltagem as atinge, elas abrem-se, libertam a água.

changes the shape of the cells, and the leaf falls.

A forma da célula muda e a folha cai.

OK. So here we see an action potential encoding information to move. Alright?

Estamos a ver um potencial de ação a codificar informações para o movimento.

But can it do more?

Será que pode fazer mais alguma coisa?

So let's go to find out.

Vamos descobrir.

We're going to go to our good friend, the Venus flytrap here,

Vamos ter com a nossa amiga, a Vénus-papa-moscas.

and we're going to take a look at what happens inside the leaf

Vamos observar o que acontece no interior da folha,

when a fly lands on here.

quando uma mosca aterra nela.

So I'm going to pretend to be a fly right now.

Vou fingir que sou uma mosca.

And now here's my Venus flytrap,

Aqui está a minha Vénus-papa-moscas.

and inside the leaf, you're going to notice

Vamos observar que, no interior da folha,

that there are three little hairs here, and those are trigger hairs.

há aqui três pequenos pelos — são pelos de estímulo.

And so when a fly lands --

Quando uma mosca poisa

I'm going to touch one of the hairs right now.

— vou tocar num destes pelos.

Ready? One, two, three.

Atenção! Um, dois, três.

What do we get? We get a beautiful action potential.

O que é que obtemos? Um belo potencial de ação.

However, the flytrap doesn't close.

Mas a armadilha não se fecha.

And to understand why that is,

Porque é que isso acontece?

we need to know a little bit more about the behavior of the flytrap.

Precisamos de saber um pouco mais quanto ao comportamento desta armadilha.

Number one is that it takes a long time to open the traps back up --

Primeiro, é preciso mais tempo para a armadilha se abrir,

you know, about 24 to 48 hours if there's no fly inside of it.

cerca de 24 a 48 horas, sem qualquer mosca lá dentro.

And so it takes a lot of energy.

Obtém das moscas muita energia.

And two, it doesn't need to eat that many flies throughout the year.

Segundo, não precisa de comer muitas moscas, durante o ano.

Only a handful. It gets most of its energy from the sun.

Só meia dúzia, porque obtém a maior parte da energia do Sol.

It's just trying to replace some nutrients in the ground with flies.

Está só a tentar substituir alguns nutrientes do solo com moscas.

And the third thing is,

Terceiro,

it only opens then closes the traps a handful of times

a armadilha só se abre e fecha meia dúzia de vezes

until that trap dies.

antes de morrer.

So therefore, it wants to make really darn sure

Portanto, tem de ter a certeza

that there's a meal inside of it before the flytrap snaps shut.

de que há uma refeição lá dentro, antes de a armadilha se fechar.

So how does it do that?

Como é que a planta faz isso?

It counts the number of seconds

Conta o número de segundos

between successive touching of those hairs.

entre sucessivos toques desses pelos.

And so the idea is that there's a high probability,

A ideia é que há uma forte possibilidade,

if there's a fly inside of there, they're going to be quick together,

de haver lá dentro uma mosca, e então vão-se fechar rapidamente.

Por isso, quando ocorre o primeiro potencial de ação,

and so when it gets the first action potential,

it starts counting, one, two,

começa a contar: um, dois...

and if it gets to 20 and it doesn't fire again,

e, se chegar a 20, e não houver uma nova descarga,

then it's not going to close,

não se vai fechar.

but if it does it within there, then the flytrap will close.

Mas, se isso acontecer, a armadilha fechar-se-á.

So we're going to go back now.

Então, vamos voltar atrás.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

Vou voltar a tocar na Vénus apanha-moscas.

I've been talking for more than 20 seconds.

Estou a falar há mais de 20 segundos.

So we can see what happens when I touch the hair a second time.

Vamos ver o que acontece quando toco no pelo pela segunda vez.

So what do we get? We get a second action potential,

O que é que obtemos?

Obtemos um segundo potencial de ação, mas a folha continua a não se fechar.

but again, the leaf doesn't close.

So now if I go back in there

Se eu voltar a entrar ali

and if I'm a fly moving around,

e for uma mosca a esvoaçar por aqui,

I'm going to be touching the leaf a few times.

vou tocar na folha uma série de vezes.

I'm going to go and brush it a few times.

Vou tocar nela uma série de vezes.

And immediately,

Imediatamente,

the flytrap closes.

a armadilha fecha-se.

So here we are seeing the flytrap actually doing a computation.

Vemos aqui a armadilha a fazer cálculos.

It's determining if there's a fly inside the trap,

Está a determinar se há uma mosca no interior da armadilha

and then it closes.

e depois fecha-a.

So let's go back to our original question.

Voltemos então à pergunta inicial:

Do plants have brains?

As plantas têm cérebro?

Well, the answer is no.

A resposta é não.

There's no brains in here.

Não há aqui cérebro nenhum.

There's no axons, no neurons.

Não há axónios, nem neurónios.

It doesn't get depressed.

Não sofre de depressões,

It doesn't want to know what the Tigers' score is.

não quer saber qual a pontuação dos Tigers.

It doesn't have self-actualization problems.

Não tem problemas de atualização.

But what it does have is something that's very similar to us,

Mas tem uma coisa muito parecida connosco,

which is the ability to communicate using electricity.

que é a capacidade de comunicar, usando a eletricidade.

It just uses slightly different ions than we do,

Só que utiliza iões diferentes dos nossos,

but it's actually doing the same thing.

mas faz a mesma coisa.

So just to show you

Só para vos mostrar

the ubiquitous nature of these action potentials,

a natureza ubíqua destes potenciais de ação,

we saw it in the Venus flytrap,

vimo-los na Vénus-papa-moscas,

we've seen an action potential in the mimosa.

vimos um potencial de ação na mimosa.

We've even seen an action potential in a human.

Até vimos um potencial de ação num ser humano.

Now, this is the euro of the brain.

Este é o euro do cérebro,

It's the way that all information is passed.

é a forma por onde passam todas as informações.

And so what we can do is we can use those action potentials

Então, podemos usar estes potenciais de ação

to pass information

para passar informações

between species of plants.

entre espécies de plantas.

And so this is our interspecies plant-to-plant communicator,

Este é o nosso comunicador entre espécies de plantas diferentes.

and what we've done is we've created a brand new experiment

Criámos uma nova experiência

where we're going to record the action potential from a Venus flytrap,

em que vamos registar o potencial de ação duma Vénus-papa-moscas

and we're going to send it into the sensitive mimosa.

e vamos enviá-lo para a sensível mimosa.

So I want you to recall what happens

Recordem-se do que aconteceu

when we touch the leaves of the mimosa.

quando tocámos nas folhas da mimosa.

It has touch receptors that are sending that information

Tocámos nos recetores que enviam essas informações

back down in the form of an action potential.

para baixo, sob a forma dum potencial de ação.

And so what would happen

O que acontecerá

if we took the action potential from the Venus flytrap

se agarrarmos no potencial de ação da Vénus-papa-moscas

and sent it into all the stems of the mimosa?

e o enviarmos para todos os caules da mimosa?

We should be able to create the behavior of the mimosas

Devemos conseguir criar o comportamento das mimosas

without actually touching it ourselves.

sem lhes tocarmos.

And so if you'll allow me,

Portanto, se me permitem,

I'm going to go ahead and trigger this mimosa right now

vou ativar esta mimosa

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

tocando nos pelos da Vénus-papa-moscas.

So we're going to send information about touch from one plant to another.

Vamos enviar informações sobre o toque, de uma planta para a outra.

So there you see it.

É como viram.

So --

(Applause)

(Aplausos)

So I hope you learned a little bit, something about plants today,

Espero que tenham aprendido hoje qualquer coisa sobre plantas

and not only that.

e não só isso.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

Aprenderam que podemos usar as plantas para ensinar neurociência

e fomentar a neuro-revolução.

and bring along the neurorevolution.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)