I'm a neuroscientist, and I'm the co-founder of Backyard Brains, and our mission is to train the next generation of neuroscientists by taking graduate-level neuroscience research equipment and making it available for kids in middle schools and high schools.
Soy neurocientífico, cofundador de Backyard Brains, y nuestra misión es educar a la próxima generación de neurocientíficos tomando equipos de investigación de posgrado en neurociencia y poniéndolos a disposición de los jóvenes de secundaria.
And so when we go into the classroom, one way to get them thinking about the brain, which is very complex, is to ask them a very simple question about neuroscience, and that is, "What has a brain?" When we ask that, students will instantly tell you that their cat or dog has a brain, and most will say that a mouse or even a small insect has a brain, but almost nobody says that a plant or a tree or a shrub has a brain. And so when you push -- because this could actually help describe a little bit how the brain actually functions -- so you push and say, "Well, what is it that makes living things have brains versus not?" And often they'll come back with the classification that things that move tend to have brains. And that's absolutely correct. Our nervous system evolved because it is electrical. It's fast, so we can quickly respond to stimuli in the world and move if we need to. But you can go back and push back on a student, and say, "Well, you know, you say that plants don't have brains, but plants do move." Anyone who has grown a plant has noticed that the plant will move and face the sun. But they'll say, "But that's a slow movement. You know, that doesn't count. That could be a chemical process." But what about fast-moving plants?
Cuando estamos con ellos en el aula, una forma de hacerlos pensar en el cerebro, que es muy complejo, es hacerles una pregunta muy simple sobre neurociencia, y es la siguiente: ¿quién tiene cerebro? Cuando preguntamos eso, los alumnos dicen inmediatamente que su perro o su gato tienen cerebro, la mayoría dice que un ratón o incluso un insecto pequeño tiene cerebro, pero casi nadie dice que una planta, o un árbol o un arbusto tiene cerebro. Entonces insistimos, porque esto puede ayudar a describir un poco cómo funciona realmente el cerebro. Insistimos y decimos: "¿qué define si un organismo vivo tiene cerebro o no?" Y a menudo responden con la clasificación de que las cosas que se mueven suelen tener cerebro. Y eso es absolutamente correcto. Nuestro sistema nervioso evolucionó por ser eléctrico. Es veloz, para que podamos responder rápido a los estímulos del mundo y movernos si es necesario. Pero podemos seguir interrogando a un alumno, y decirle: "Bueno, tú dices que las plantas no tienen cerebro, pero las plantas se mueven". El que haya cultivado una planta habrá notado que la planta se mueve para mirar al sol. Y el alumno dirá: "Pero eso es un movimiento lento; no cuenta. Podría ser un proceso químico". Pero ¿y las plantas de movimiento rápido?
Now, in 1760, Arthur Dobbs, the Royal Governor of North Carolina, made a pretty fascinating discovery. In the swamps behind his house, he found a plant that would spring shut every time a bug would fall in between it. He called this plant the flytrap, and within a decade, it made its way over to Europe, where eventually the great Charles Darwin got to study this plant, and this plant absolutely blew him away. He called it the most wonderful plant in the world. This is a plant that was an evolutionary wonder. This is a plant that moves quickly, which is rare, and it's carnivorous, which is also rare. And this is in the same plant. But I'm here today to tell you that's not even the coolest thing about this plant. The coolest thing is that the plant can count.
En 1760, Arthur Dobbs, el Gobernador Real de Carolina del Norte, descubrió algo fascinate. En los pantanos detrás de su casa, encontró una planta que se cerraba abruptamente cada vez que un insecto le caía dentro. La llamó atrapamoscas, y en una década la planta llegó a Europa, donde finalmente el gran Charles Darwin tuvo la oportunidad de estudiarla, y la planta lo deslumbró por completo. Dijo que era la planta más maravillosa del mundo. Era una maravilla de la evolución. Una planta que se mueve rápidamente, lo cual es raro, y que es carnívora, que también es raro. Todo en la misma planta. Pero hoy vengo a contarles que eso no es lo más estupendo de esta planta. Lo más estupendo es que esta planta puede contar.
So in order to show that, we have to get some vocabulary out of the way. So I'm going to do what we do in the classroom with students. We're going to do an experiment on electrophysiology, which is the recording of the body's electrical signal, either coming from neurons or from muscles. And I'm putting some electrodes here on my wrists. As I hook them up, we're going to be able to see a signal on the screen here. And this signal may be familiar to you. It's called the EKG, or the electrocardiogram. And this is coming from neurons in my heart that are firing what's called action potentials, potential meaning voltage and action meaning it moves quickly up and down, which causes my heart to fire, which then causes the signal that you see here. And so I want you to remember the shape of what we'll be looking at right here, because this is going to be important. This is a way that the brain encodes information in the form of an action potential.
Para poder demostrar eso, tenemos que repasar un poco de vocabulario. Así que voy a hacer lo que hago con los alumnos en el aula. Vamos a hacer un experimento en electrofisiología, que consiste en registrar las señales eléctricas del cuerpo, provenientes de las neuronas o de los músculos. Me estoy poniendo unos electrodos en las muñecas. Y cuando los conecte, vamos a poder ver una señal aquí en la pantalla. Esta señal puede resultarles familiar. Se llama electrocardiograma. Viene de las neuronas del corazón que están enviando lo que se llama potenciales de acción, potencial como voltaje, y acción como movimiento rápido de arriba a abajo. lo cual activa mi corazón, y produce esta señal que ven aquí. Quiero que recuerden la forma de lo que vamos a ver aquí, porque va a ser importante. Es una forma en la que el cerebro codifica información: en forma de potenciales de acción.
So now let's turn to some plants. So I'm going to first introduce you to the mimosa, not the drink, but the Mimosa pudica, and this is a plant that's found in Central America and South America, and it has behaviors. And the first behavior I'm going to show you is if I touch the leaves here, you get to see that the leaves tend to curl up. And then the second behavior is, if I tap the leaf, the entire branch seems to fall down. So why does it do that? It's not really known to science. One of the reasons why could be that it scares away insects or it looks less appealing to herbivores. But how does it do that? Now, that's interesting. We can do an experiment to find out.
Ahora vamos a ver algunas plantas. Primero, les voy a presentar a la mimosa. No el cóctel, sino la Mimosa pudica. Es una planta que se encuentra en Centroamérica y Sudamérica, y que tiene algunos comportamientos. El primer comportamiento que voy a mostrarles es que si toco las hojas aquí, van a ver que las hojas se cierran. El segundo comportamiento, es que si le doy un golpecito, toda la hoja se deja caer. ¿Por qué hace esto? En verdad no lo sabemos. Una de las razones podría ser para asustar a los insectos, o para ser menos atractiva a los herbívoros. Pero ¿cómo lo hace? Eso sí que es interesante. Podemos hacer un experimento para averiguarlo.
So what we're going to do now, just like I recorded the electrical potential from my body, we're going to record the electrical potential from this plant, this mimosa. And so what we're going to do is I've got a wire wrapped around the stem, and I've got the ground electrode where? In the ground. It's an electrical engineering joke. Alright.
Entonces ahora, del mismo modo que antes registré el potencial eléctrico de mi cuerpo, vamos a registrar el potencial eléctrico de esta planta; esta mimosa. Tengo un alambre enroscado alrededor del tallo, y tengo el electrodo de tierra, ¿dónde? En la tierra. Es un chiste de ingeniería eléctrica.
(Laughter)
(Risas)
Alright. So I'm going to go ahead and tap the leaf here, and I want you to look at the electrical recording that we're going to see inside the plant. Whoa. It is so big, I've got to scale it down. Alright. So what is that? That is an action potential that is happening inside the plant. Why was it happening? Because it wanted to move. Right? And so when I hit the touch receptors, it sent a voltage all the way down to the end of the stem, which caused it to move. And now, in our arms, we would move our muscles, but the plant doesn't have muscles. What it has is water inside the cells and when the voltage hits it, it opens up, releases the water, changes the shape of the cells, and the leaf falls.
Entonces voy a darle un golpecito a la hoja, y quiero que se fijen en el registro eléctrico que vamos a ver dentro de la planta. ¡Uy! Es tan grande que tengo que reducirlo un poco. Entonces, ¿qué es eso? Es un potencial de acción que se da dentro de la planta. ¿Por qué pasó eso? Porque quería moverse. ¿Correcto? Entonces, cuando toqué los receptores, envió un voltaje a lo largo del tallo, que la hizo moverse. En nuestros brazos, moveríamos los músculos, pero la planta no tiene músculos. Lo que tiene es agua dentro de las células y cuando le llega el voltaje, se abre, libera el agua, cambia la forma de las células, y la hoja cae.
OK. So here we see an action potential encoding information to move. Alright? But can it do more? So let's go to find out. We're going to go to our good friend, the Venus flytrap here, and we're going to take a look at what happens inside the leaf when a fly lands on here. So I'm going to pretend to be a fly right now. And now here's my Venus flytrap, and inside the leaf, you're going to notice that there are three little hairs here, and those are trigger hairs. And so when a fly lands -- I'm going to touch one of the hairs right now. Ready? One, two, three. What do we get? We get a beautiful action potential. However, the flytrap doesn't close. And to understand why that is, we need to know a little bit more about the behavior of the flytrap. Number one is that it takes a long time to open the traps back up -- you know, about 24 to 48 hours if there's no fly inside of it. And so it takes a lot of energy. And two, it doesn't need to eat that many flies throughout the year. Only a handful. It gets most of its energy from the sun. It's just trying to replace some nutrients in the ground with flies. And the third thing is, it only opens then closes the traps a handful of times until that trap dies. So therefore, it wants to make really darn sure that there's a meal inside of it before the flytrap snaps shut. So how does it do that? It counts the number of seconds between successive touching of those hairs. And so the idea is that there's a high probability, if there's a fly inside of there, they're going to be quick together, and so when it gets the first action potential, it starts counting, one, two, and if it gets to 20 and it doesn't fire again, then it's not going to close, but if it does it within there, then the flytrap will close.
Entonces tenemos un potencial de acción que codifica información de movimiento. Pero ¿puede hacer algo más? Veamos. Vamos con nuestra buena amiga aquí, la Venus atrapamoscas, y vamos a mirar qué pasa dentro de la hoja cuando se posa una mosca. Voy a hacer de cuenta que soy una mosca. Y aquí está mi Venus atrapamoscas, y adentro de la hoja, van a ver que hay tres pequeños pelos; son pelos disparadores. Y cuando una mosca se posa... Voy a tocar uno de los pelos ahora. ¿Listos? Uno, dos, tres. ¿Qué tenemos? Un hermoso potencial de acción. Sin embargo, la atrapamoscas no se cierra. Y para entender por qué, hay que saber un poco más sobre su comportamiento. Primero, la trampa demora mucho en reabrirse una vez que se cierra. 24 o 48 horas más o menos, si no hay ninguna mosca dentro. Es decir que consume mucha energía. Segundo, no necesita comer tantas moscas por año. Solo un puñado; la energía la obtiene casi toda del sol. Las moscas son solo para reemplazar algunos nutrientes del suelo. Y tercero, cada trampa puede abrirse y cerrarse unas pocas veces hasta que se muere. Entonces la planta quiere estar absolutamente segura de que lo que hay dentro es comida, antes de cerrar la trampa. ¿Cómo lo hace? Cuenta la cantidad de segundos entre contactos sucesivos con los pelos. La idea es que, muy probablemente, si hay una mosca dentro van a ser muy seguidos. Entonces, a partir del primer potencial de acción, empieza a contar, uno, dos, y si llega a 20 y no recibe otro estímulo, la trampa no se cierra. Pero si recibe otro estímulo en ese lapso, sí se cierra.
So we're going to go back now. I'm going to touch the Venus flytrap again. I've been talking for more than 20 seconds. So we can see what happens when I touch the hair a second time. So what do we get? We get a second action potential, but again, the leaf doesn't close. So now if I go back in there and if I'm a fly moving around, I'm going to be touching the leaf a few times. I'm going to go and brush it a few times. And immediately, the flytrap closes. So here we are seeing the flytrap actually doing a computation. It's determining if there's a fly inside the trap, and then it closes.
Vamos otra vez. Voy a tocar de nuevo la Venus atrapamoscas. Llevo más de 20 segundos hablando, así que podemos ver qué pasa cuando toco el pelo por segunda vez. ¿Qué pasa? Tenemos un segundo potencial de acción, pero de nuevo, la hoja no se cierra. Voy a probar otra vez. Si yo fuera una mosca que se mueve ahí, estaría tocando la hoja varias veces. Así que voy a rozarla varias veces. E inmediatamente, la atrapamoscas se cierra. Entonces aquí vemos a la atrapamoscas realmente haciendo cálculos. Está determinando si hay una mosca adentro, y después se cierra.
So let's go back to our original question. Do plants have brains? Well, the answer is no. There's no brains in here. There's no axons, no neurons. It doesn't get depressed. It doesn't want to know what the Tigers' score is. It doesn't have self-actualization problems. But what it does have is something that's very similar to us, which is the ability to communicate using electricity. It just uses slightly different ions than we do, but it's actually doing the same thing. So just to show you the ubiquitous nature of these action potentials, we saw it in the Venus flytrap, we've seen an action potential in the mimosa. We've even seen an action potential in a human.
Entonces, volvamos a nuestra pregunta original. ¿Tienen cerebro las plantas? Bueno, la respuesta es no. No hay un cerebro ahí. No hay axones, no hay neuronas. No se deprime. No le importa cómo salieron los Tigers. No necesita sentirse realizada. Pero lo que sí tiene es algo muy parecido a nosotros, que es la habilidad de comunicarse usando electricidad. Usa unos iones levemente diferentes, pero en realidad está haciendo lo mismo. Para que se den una idea de lo comunes que son estos potenciales de acción: lo acabamos de ver en la Venus atrapamoscas, lo vimos en la mimosa, hasta vimos un potencial de acción en un ser humano.
Now, this is the euro of the brain. It's the way that all information is passed. And so what we can do is we can use those action potentials to pass information between species of plants. And so this is our interspecies plant-to-plant communicator, and what we've done is we've created a brand new experiment where we're going to record the action potential from a Venus flytrap, and we're going to send it into the sensitive mimosa.
Esta es la forma de transmitir toda la información. Entonces podemos usar esos potenciales de acción para transmitir información entre distintas especies de plantas. Así que este es nuestro comunicador interespecie planta a planta, y creamos un nuevo experimento donde vamos a registrar el potencial de acción de una Venus atrapamoscas y se lo vamos a transmitir a la mimosa sensitiva.
So I want you to recall what happens when we touch the leaves of the mimosa. It has touch receptors that are sending that information back down in the form of an action potential. And so what would happen if we took the action potential from the Venus flytrap and sent it into all the stems of the mimosa? We should be able to create the behavior of the mimosas without actually touching it ourselves.
Quiero que recuerden lo que pasa cuando tocamos las hojas de la mimosa. Tiene receptores de tacto que envían la información en forma de potencial de acción. Entonces, ¿qué pasaría si tomáramos el potencial de acción de la Venus atrapamoscas y lo mandáramos por todos los tallos de la mimosa? Deberíamos poder reproducir el comportamiento de la mimosa sin tocarla.
And so if you'll allow me, I'm going to go ahead and trigger this mimosa right now by touching on the hairs of the Venus flytrap. So we're going to send information about touch from one plant to another.
Entonces, si me permiten, voy a activar esta mimosa ahora mismo simplemente tocando los pelos de la Venus atrapamoscas. Vamos a enviar información de contacto de una planta a la otra.
So there you see it. So --
Ahí lo ven. Entonces...
(Applause)
(Aplausos)
So I hope you learned a little bit, something about plants today, and not only that. You learned that plants could be used to help teach neuroscience and bring along the neurorevolution.
Espero que hoy hayan aprendido algo sobre plantas. No solo eso, ahora saben que las plantas sirven para enseñar neurociencia y traer la revolución neurocientífica.
Thank you.
Gracias.
(Applause)
(Aplausos)