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.
Sono un neuroscienziato, sono il cofondatore di Backyard Brains e la nostra missione è istruire la nuova generazione di neuroscienziati prendendo la strumentazione universitaria per la ricerca neuroscientifica e rendendola accessibile agli studenti delle scuole medie e superiori.
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?
Quando andiamo nelle classi, un modo per far pensare al cervello, che è molto complesso, è di fare agli alunni una domanda molto semplice sulla neuroscienza: "Chi possiede un cervello?" Quando lo chiediamo i ragazzi rispondono subito che il loro gatto, o il cane, ha un cervello e molti dicono che un topo o anche un piccolo insetto ha un cervello, ma quasi mai nessuno dice che una pianta o un albero o un cespuglio hanno un cervello. E quando vai oltre, perché questo potrebbe aiutare a descrivere un po' come funziona davvero il cervello, quindi vai oltre e chiedi: "Che cosa fa sì che gli esseri viventi abbiano o meno un cervello?" Spesso rispondono con la classificazione che le cose che si muovono tendono ad avere un cervello. Ed è perfettamente corretto. Il nostro sistema nervoso si è evoluto perché è elettrico. È veloce, così che possiamo rispondere velocemente agli stimoli esterni e muoverci se ne abbiamo bisogno. Comunque, si può rispondere allo studente: "Tu dici che le piante sono prive di cervello, ma le piante si muovono". Chiunque abbia coltivato una pianta avrà notato che la pianta si muove in direzione del sole. Ti risponderanno: "Ma è un movimento lento. Quello non conta. Potrebbe essere una reazione chimica". Ma cosa dire delle piante veloci?
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.
Nel 1760, Arthur Dobbs, Governatore della Carolina del Nord, fece una scoperta molto affascinante. Nello stagno dietro casa sua, trovò una pianta che si chiudeva velocemente ogni volta che un insetto ci cadeva dentro. La chiamò acchiappamosche. Nel giro di un decennio, la pianta arrivò in Europa, dove il grande Charles Darwin la studiò e ne rimase stupefatto. La definì la più meravigliosa pianta del mondo. Questa pianta è una meraviglia dell'evoluzione. È una pianta che si muove velocemente, una cosa rara, ed è carnivora, altra cosa rara. Tutto ciò nella stessa pianta. Ma oggi sono qui per dirvi che non è questo l'aspetto più fantastico di questa pianta. La cosa più fantastica è che questa pianta sa contare.
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.
E per mostrarvelo, dobbiamo chiarire un po' di termini. Farò quindi quello che facciamo in classe con gli studenti. Faremo un esperimento sull'elettrofisiologia, che è la registrazione dei segnali elettrici del corpo che provengono dai neuroni o dai muscoli. Mi metto degli elettrodi sul polso. Quando li aggancio, potremo vedere un segnale sullo schermo. E questo segnale potrebbe esservi noto. Si chiama ECG, o elettrocardiogramma. Questo proviene dai neuroni nel mio cuore che danno il via ai potenziali d'azione. Potenziale significa voltaggio, azione significa un rapido movimento su e giù, che mette in moto il mio cuore, che poi genera il segnale che vedete qui. Voglio che vi ricordiate la forma di quello che vedremo qui, perché sarà importante. Questo è un modo in cui il cervello codifica l'informazione sotto forma di potenziale d'azione.
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.
Ora osserviamo qualche pianta. Per prima cosa, vi presento la mimosa, non il cocktail, ma la mimosa pudica, una pianta che si trova in Centro e Sud America e mostra alcuni comportamenti. Il primo comportamento che vi mostrerò è che, se tocco le foglie, così, vedete che le foglie tendono a chiudersi. Il secondo comportamento, se colpisco la foglia, l'intero ramo sembra cadere. Ma perché lo fa? La scienza non l'ha ancora capito. Forse allontana gli insetti, spaventandoli, o sembra meno appetitosa per gli erbivori. Ma come ci riesce? Questo è interessante. Possiamo fare un esperimento per scoprirlo.
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.
Quello che faremo, così come ho registrato il potenziale elettrico del mio corpo, registreremo il potenziale elettrico di questa pianta, di questa mimosa. Ho messo un cavo intorno allo stelo, e dove ho messo l'elettrodo di terra? Per terra; è una battuta da ingegnere elettrico.
(Laughter)
(Risate)
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.
Adesso colpirò la foglia qui, e voglio che guardiate la registrazione elettrica che vedremo all'interno della pianta. È enorme, la devo ridimensionare. Bene. Allora, cos'è? Questo è un potenziale d'azione che ha luogo nella pianta. Perché succede? Perché voleva muoversi, giusto? E quindi quando colpisco i recettori del tatto, viene inviato un voltaggio giù fino alla fine dello stelo, che ha causato il movimento. Nelle nostre braccia, noi muoviamo i muscoli, ma la pianta non ha muscoli, ha acqua nelle cellule, e quando il voltaggio le raggiunge, si aprono, rilasciano l'acqua, la forma delle cellule cambia, e la foglia cade.
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.
Qui vediamo un potenziale d'azione che codifica l'informazione per muoversi. Ma può fare di più? Cerchiamo di scoprirlo. Andiamo dalla nostra amica, la Venere acchiappamosche, e osserviamo cosa succede all'interno della foglia quando una mosca vi si posa. Adesso farò finta di essere una mosca. Qui c'è la mia Venere acchiappamosche, e noterete che, dentro la foglia, ci sono tre piccoli peli sensibili. Quando una mosca vi si posa -- Toccherò uno dei peli adesso. Pronti? Uno, due, tre. Che cosa otteniamo? Un bellissimo potenziale d'azione. L'acchiappamosche, comunque, non si chiude. Per capire il perché, dobbiamo conoscere un po' meglio il comportamento dell'acchiappamosche. Numero uno: ci vuole molto tempo affinché la trappola si riapra, dalle 24 alle 48 ore, se non c'è una mosca all'interno. Richiede molta energia. Numero due: non ha bisogno di mangiare tante mosche durante l'anno. Solo una manciata. Ricava gran parte dell'energia dal sole. Con le mosche cerca solo di rimpiazzare alcuni nutrienti del terreno. E numero tre: la pianta apre e chiude poche volte la trappola, fino a quando la trappola muore. Perciò vuole essere assolutamente certa che ci sia un pasto all'interno, prima di azionare la trappola. E come lo fa? Conta il numero di secondi tra i tocchi successivi dei peli sensibili. L'idea quindi è che c'è una forte probabilità, se c'è una mosca all'interno, che i peli vengano strofinati, e quando riceve il primo potenziale d'azione, inizia a contare: uno, due. E se arriva a 20 e non ci sono altri potenziali d'azione, allora non si chiude. Se invece ce n'è uno entro quella cifra, l'acchiappamosche si chiude.
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.
Ora tocco di nuovo la Venere acchiappamosche. Ho parlato per più di 20 secondi. Possiamo vedere quello che succede quando tocco i peli la seconda volta. Cosa succede? C'è un secondo potenziale d'azione, ma, di nuovo, la foglia non si chiude. Quindi se adesso ci ritorno e sono una mosca che gironzola, toccherò la foglia un po' di volte. Ora la accarezzerò un po' di volte. E subito, l'acchiappamosche si chiude. Quindi l'acchiappamosche sta davvero contando. Determina se c'è una mosca nella trappola e poi si chiude.
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.
Quindi ritorniamo alla domanda originale: La piante hanno un cervello? La risposta è no. Non c'è nessun cervello. Non ci sono assoni, né neuroni. Non si deprime. Non vuole sapere qual è il punteggio dei Tigers. Non ha problemi di autorealizzazione. Ma quello che ha, è qualcosa di molto simile a noi, cioè l'abilità di comunicare usando l'elettricità. Usa solo degli ioni diversi rispetto a noi, ma fa in realtà la stessa cosa. Solo per mostrarvi la natura universale di questi potenziali d'azione, l'abbiamo vista nella Venere acchiappamosche, abbiamo visto un potenziale d'azione nella mimosa. L'abbiamo anche visto in un essere umano.
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.
Questo è l'URL del cervello. È il modo in cui passa tutte le informazioni. Quello che possiamo fare è usare quei potenziali d'azione per passare informazioni tra specie vegetali. Questo è il nostro comunicatore interspecie tra piante diverse: abbiamo creato un esperimento del tutto nuovo in cui registriamo il potenziale d'azione di una Venere acchiappamosche e lo inviamo alla sensibile mimosa.
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.
Prima voglio ricordarvi cosa succede quando tocchiamo le foglie della mimosa. Possiede recettori del tatto che inviano quelle informazioni alla base sotto forma di potenziale d'azione. E quindi cosa succederebbe se prendessimo il potenziale d'azione della Venere acchiappamosche e lo inviassimo a tutti gli steli della mimosa? Dovremmo riuscire a ricreare il comportamento delle mimose senza essere noi a toccarle.
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.
Quindi se mi permettete, inizio l'esperimento e attivo subito questa mimosa, toccando i peli sulla Venere acchiappamosche. Trasferiamo l'informazione del tocco da una pianta all'altra.
So there you see it. So --
Guardate. Ecco, vedete.
(Applause)
(Applausi)
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.
Spero che abbiate imparato qualcosa sulle piante, oggi, e non solo. Avete imparato che, con l'aiuto delle piante, si può insegnare la neuroscienza
Thank you.
e continuare la neurorivoluzione.
(Applause)
Grazie.