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.
Sou neurocientista e cofundador da Backyard Brains, e nossa missão é treinar a próxima geração de neurocientistas, disponibilizando equipamentos de pesquisa neurocientífica da universidade para crianças no ensino médio e nos últimos anos do ensino fundamental.
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?
Vamos às salas de aula, e uma forma de fazê-los pensar sobre o cérebro, o que é muito complexo, é fazer a eles uma simples pergunta sobre neurociência: "O que tem um cérebro?" Quando perguntamos isso, os estudantes imediatamente respondem que seu gato ou cachorro têm um cérebro, e a maioria vai dizer que um rato ou mesmo um pequeno inseto têm um cérebro, mas quase ninguém diz que uma planta, uma árvore ou um arbusto têm um cérebro. Então você vai além, porque isso pode ajudar a descrever um pouco como o cérebro realmente funciona, então você vai além e diz: "Bem, o que faz com que coisas vivas tenham ou não um cérebro?" Frequentemente eles vêm com a classificação de que coisas que se movem tendem a ter cérebros. E isso está absolutamente correto. Nosso sistema nervoso evoluiu porque ele é elétrico, é rápido. Então podemos reagir rapidamente aos estímulos e nos movermos, se precisarmos. Mas você pode ir mais a fundo com um estudante e dizer: "Bem, você diz que as plantas não têm cérebro, mas elas se movem". Qualquer um que tenha cultivado uma planta notou que a planta se move na direção do sol. Então eles dizem: "Mas esse é um movimento lento. Isso não conta, deve ser um processo químico". Mas e as plantas que se movem rapidamente?
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.
Em 1760, Arthur Dobbs, o governador real da Carolina do Norte, fez uma descoberta fascinante. No pântano atrás da sua casa, ele encontrou uma planta que se fechava subitamente cada vez que um inseto caísse no meio dela. Ele chamou essa planta de Vênus papa-moscas, e dentro de uma década ela foi parar na Europa, onde por fim o grande Charles Darwin estudou-a. E essa planta deixou-o de queixo caído. Ele chamou-a de a planta mais maravilhosa do mundo. Essa planta é uma maravilha da evolução. É uma planta que se move rapidamente, o que é raro, e é carnívora, o que também é raro. As duas coisas na mesma planta. Mas hoje estou aqui para dizer que essa não é a coisa mais legal dessa planta. O mais legal é que ela pode 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 mostrar isso, precisamos esclarecer algumas coisas. Então vou fazer o que faço com os alunos na sala de aula. Vamos fazer um experimento de eletrofisiologia, que grava o sinal elétrico do corpo, vindo dos neurônios ou dos músculos. Estou colocando alguns eletrodos nos meus pulsos. Quando estiverem presos, poderemos ver um sinal aqui na tela. Esse sinal pode ser familiar para vocês. Ele é chamado ECG, ou eletrocardiograma. Isso vêm dos neurônios do meu coração, que disparam o que se chama de potencial de ação; potencial indica voltagem, ação indica que oscila rapidamente pra cima e pra baixo, o que faz meu coração bater, e isso causa o sinal que vocês veem aqui. Quero que vocês se lembrem do formato do que estamos vendo aqui, isso vai ser importante. Essa é uma forma de o cérebro codificar a informação na forma de potencial de ação.
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.
Agora vamos voltar às plantas. Primeiro, vou apresentar para vocês a mimosa, não a bebida, a Mimosa pudica. É uma planta encontrada na América Central e na América do Sul, e ela tem comportamentos. O primeiro comportamento que vou mostrar a vocês é que, se tocarmos as suas folhas, elas tendem a se fechar. E o segundo comportamento é o seguinte: se dermos uma batidinha na folha, todo o ramo aparenta murchar. Por que ela faz isso? A ciência não sabe. Uma das razões poderia ser para afugentar os insetos ou parecer menos atraente para os herbívoros. Mas como ela faz isso? Isso que é interessante. Podemos fazer um experimento e descobrir.
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.
O que vamos fazer agora, assim como eu gravei o potencial elétrico do meu corpo, é gravar o potencial elétrico desta planta, desta dormideira. Eu enrolei um fio ao redor do caule, e onde coloquei o eletrodo terra? Na terra. É uma piada de engenharia eletrônica. Tudo bem.
(Laughter)
(Risos)
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.
Tudo bem. Agora vou dar uma batidinha na folha, e quero que vocês olhem o registro eletrônico que vamos ter dentro da planta. Uau. É tão grande, que vou ter que reduzir a imagem. Cero. Então, o que é isso? Isso é um potencial de ação ocorrendo dentro da planta. Por que ele ocorre? Porque ela queria se mover, certo? Então, quando eu aciono os receptores de toque, eles enviam uma voltagem por todo o caule, que faz com que ela se mova. Em nossos braços, isso moveria nossos músculos, mas a planta não tem músculos. Ela tem água dentro das células e quando a voltagem as atinge, elas se abrem, liberam a água, mudam a forma das células, e as folhas murcham.
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.
Certo. Então vimos um potencial de ação codificando informação para se mover. Mas ele pode fazer mais? Vamos descobrir. Vamos voltar para nossa amiga Vênus papa-moscas, e vamos dar uma olhada no que acontece dentro da folha quando uma mosca pousa nela. Vou fingir que sou uma mosca. Aqui está minha Vênus papa-moscas, e dentro da folha vocês podem ver três pequenos pelos, são os pelos de disparo. Então, quando uma mosca pousa... Vou tocar um dos pelos agora. Prontos? Um, dois, três. O que temos? Temos um lindo potencial de ação. Mas a papa-moscas não se fecha. E para entender por quê, precisamos saber um pouco mais sobre o comportamento da papa-moscas. Primeiro, leva muito tempo para reabrir a armadilha, de 24 a 48 horas, se não tiver uma mosca dentro dela. E isso usa muita energia. Segundo, ela não precisa comer tantas moscas ao longo do ano. Só algumas. Ela tira do sol a maior parte da energia. Ela só tenta repor alguns nutrientes do solo com as moscas. E terceiro, ela só abre e fecha a armadilha algumas vezes até a armadilha morrer. Então ela quer realmente garantir que há uma refeição dentro dela antes que a armadilha se feche. E como ela faz isso? Ela conta o número de segundos entre sucessivos toques nos pelos. A ideia é que há uma grande probabilidade, se houver uma mosca dentro, de eles serem ativados juntos, então, ao receber o primeiro potencial de ação, ela começa a contar: um, dois... e, se chegar a 20 sem disparar de novo, ela não vai se fechar, mas, se ocorrer dentro desse tempo, então a armadilha se fecha. Então vamos começar de novo.
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.
Vou tocar de novo na Vênus papa-moscas. Estive falando por mais de 20 segundos, então podemos ver o que acontece quando toco o pelo uma segunda vez. Então temos outro potencial de ação, mas, de novo, ela não se fecha. Mas se eu voltar, se eu for uma mosca voando por aí, vou tocar a folha algumas vezes. Vou tocá-la algumas vezes. E imediatamente, a papa-moscas se fecha. Então estamos vendo a papa-moscas fazer um cálculo. Ela está decidindo se tem uma mosca na armadilha, e então ela se fecha.
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.
Vamos voltar à nossa questão original. As plantas têm cérebro? Bem, a resposta é não. Não há um cérebro aqui. Não há axiomas nem neurônios. Ela não fica deprimida. Ela não quer saber o resultado do jogo. Ela não tem problemas de autorrealização. Mas ela tem algo muito similar ao que nós temos, que é a capacidade de se comunicar usando a eletricidade. Ela usa íons um pouco diferentes dos que usamos, mas na verdade ela faz a mesma coisa. Então, só pra mostrar a vocês a natureza ubíqua desses potenciais de ação, nós os vimos na Vênus papa-moscas, vimos um potencial de ação na mimosa, e vimos até em um 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.
Essa é a linguagem única do cérebro. É a forma como toda informação é passada. Então o que podemos fazer é usar esses potenciais de ação para passar informação entre espécies de plantas. Então este é nosso comunicador interespécies planta a planta, e criamos um novo experimento no qual vamos gravar o potencial de ação de uma Vênus papa-moscas, e enviá-lo para a dormideira.
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.
Quero que se lembrem do que acontece quando tocamos as folhas da dormideira. Ela tem receptores de toque que enviam essa informação ao longo do caule como potencial de ação. Então o que acontece se pegarmos o potencial de ação da Vênus papa-moscas e o enviarmos para todas as hastes da dormideira? Nós deveríamos conseguir criar o comportamento da dormideira sem tocá-la realmente.
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.
Então, se me permitem, vou prosseguir e acionar essa dormideira agora, tocando os pelos da papa-moscas. Então vamos enviar informação sobre toque de uma planta a outra.
So there you see it. So --
Aí está. Então...
(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 vocês tenham aprendido um pouco sobre plantas hoje, e não só isso. Aprenderam que plantas podem ser usadas para ensinar neurociência e alavancar a neurorrevolução.
Thank you.
Obrigado.
(Applause)
(Aplausos)