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Experimento: Sí, Electricidad en plantas

El impulso eléctrico no está relegado solo a los corazones, músculos y cerebros de los animales. Las plantas también lo usan para comunicarse con distintas partes de si miasma. Aquí usaremos una hermosa planta que Darwin mismo llamó "una de las más maravillosas del mundo": La Venus Atrapamoscas

Tiempo 1 hora
Dificultad Intermedio

¿Qué vas a aprender?

Haciendo este experimento puedes aprender sobre la electrofisiología en plantas y guardar el potencial de acción de las Venus Atrapamoscas.

Prácticos Requeridos

  • EMG SpikerShield - Debes tener una noción de cómo usar Arduino y el EMG SpikerShield.
  • Ritmo cardíaco - Debes sentirte seguro viendo y guardando datos con nuestros shields.


Antecedentes

Nota: la electrofisiología en las plantas es algo muy nuevo para nosotros. Vuelve seguido a medida que aprendemos más!

Un sistema nervioso permite que sientas y respondas rápido al medio ambiente que te rodea. Los animales tienen, pero las plantas no. Eso sí, el hecho de no tener un sistema nervioso no quiere decir que no puedas sentir o responder al mundo. Las plantas definitivamente sienten el medio ambiente y se mueven. Tu has visto cómo las plantas en la semana, giran sus hojas lentamente hacia el sol en la ventana, abren sus flores en el día, o cierran sus flores en la noche. Algunas plantas se pueden mover de una manera mucho más histriónica, como la Venus Atrapamoscas y Mimosa Sensitiva.

La Venus Atrapamoscas viene de los pantanos del Norte de Carolina en Estados Unidos, y vive en un suelo muy pobre en nutrientes, encharcado. Por lo mismo, atrapa y come insectos para extraer el nitrógeno y fósforo necesario para formar aminoácidos, ácidos nucleicos. y otras moléculas ( como es una planta, todavía puede hacer fotosíntesis de carbohidratos y crear su propia comida, usando el sol y dióxido de carbono).

Si miras de cerca la venus atrapamoscas, notarás que tiene pequeños "pelos sensitivos" en sus hojas que entrampan.

Si un insecto toca uno de esos pelos, un potencial de acción sucede en las hojas. Este es un potencial de acción diferente al que estamos acostumbrados: está basado en el movimiento de calcio (no Potasio y Sodio como en los potenciales de acción de neuronas y músculos, y es muuuuuuuuuucho más largo que cualquier otra cosa que hemos visto.

Si los pelos sensitivos se tocan dos veces en un rango de 20 segundos ( dos potenciales de acción en 20 segundos), la trampa se cierra. La trampa no se cierra debido a acciones musculares (las plantas no tienen músculos), pero más bien por un cambio osmótico rápido en la forma de la curva de las hojas que entrampan. Es interesante que el disparo de los potenciales de acción no siempre es confiable, dependiendo del tiempo del año, temperatura, salud de la plata y/u otros factores. Muy diferente a los humanos, los errores de los potenciales de acción no son devastadores para una Venus Atrapamoscas.

Podemos observar el potencial de acción en esta planta usando nuestro nuevo Amplificador SpikerShield para plantas. Bienvenidos al fantástico y nuevo mundo de electrofisiología de plantas.

Descargas

Antes de empezar, recuerda tener los programas de Arduino Y Processing instalados en tu computador. Te recomendamos bajar la versión más reciente de Processing, pero hemos testeado hasta la versión 1.5.1 y nuestro código funciona. El “Sketch” de Arduino es lo que se instala en el microcontrolador arduino usando el software para el computador (solo necesitas hacer esto una vez). Y el Sketch de Processing corre en el Software Processing de tu computador, comunicándose con el Arduino para poDer visualizar y guardar datos mientras haces tus experimentos.

Descarga nuestros sketches de Arduino(.ino) y Processing(.pde)

Video

Grabado en Agosto del 2014 en elLaboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts. Gracias 2014 Methods in Computational Neuroscience por invitarnos a enseñar y hacer nuevos experimentos.

Prodecimiento

En este experimento, vamos a medir potenciales de acción generadas por células de plantas.

  1. Puedes usar nuestro Spikershield para plantas pre- ensamblado. Tiene todo los materiales que necesitas (menos la planta), incluyendo nuestro amplificador modificado que tiene configuración de filtros de frecuencias más bajas (0.6 - 129 Hz) y más baja ganancia (20-100x) para la acción potencial de la atrapamoscas.
  2. Encuentra una venus atrapamoscas. En Chile recomendamos la tienda ""Planta carnívora". que está a pasos del metro Pedro de Valdivia en Santiago. También está la tienda Procultivos que tiene estas plantas a menor precio y se envían a regiones.
  3. Selecciona una trampa abierta de la que quieras grabar, y pon un poco de gel conductivo para electrodos en el mismo lado de la trampa. Usando nuestro manipulador, posiciona el electrodo gris en el lado de la misma trampa, insertando el electrodo en el montón de gel.
  4. Pon la aguja de cable tierra en ...la tierra de la planta.
  5. Abre tu programa de processing, y deberías ver una línea verde trazada en el centro de la pantalla.
  6. Con una sonda de plástico, cuidadosamente toca uno de los de activación. En tu sketch de processing, deberías notar una larga desviación… Felicitaciones, acabas de grabar un potencial de acción en tu plata. Una señal universal que nos mantiene funcionando.
  7. Si quieres volver a ver un potencial de acción, espera aproximadamente 20-30 segundos antes de tocar los pelos sensitivos, o sino la trampa se cerrará y no habrán más espigas para ti. Tendrás que moverte a una trampa distinta o esperar 1-2 días para que se abra nuevamente.
  8. Si quieres grabar los datos, presiona la tecla "r" en el programa de processing. El programa guarda todos los datos en archivo .csv que puedes abrir en excel, matlab,etc, para analizar los números ( contiene marcas de tiempo y valores de voltaje). El archivo .csv se actualiza cada 8 segundos por razones aburridas de explicar ahora, así que espera 8 segundos después de que sucedieron cosas interesantes antes de presionar "r" nuevamente y detener la grabación.
  9. ¡Felicidades! Acabas de grabar tu primera espiga de planta! Ahora investiga más.

Discusión/ Trabajo Futuro

  • Muchas plantas disparan potenciales de acción, no solo plantas que se mueven de manera más dramática como la Venus atrapamoscas o la Mimosa sensitiva. Existe todo un campo de estudio llamado "electrofisiología de plantas". Un paper reciente en la revista Nature Muchas plantas disparan potenciales de acción, no solo plantas que se mueven de manera más dramática como la Venus atrapamoscas o la Mimosa sensitiva. Existe todo un campo de estudio llamado "electrofisiología de plantas". Un paper reciente en la revista Nature encontró propagación potencial eléctrica en una planta, que respondía al daño en una hoja. Este objeto de estudio aún es acotado con muy pocos activamente involucrados en él; hay mucho espacio para nuevos descubrimientos. Como hemos notado, la propagación del potencial de acción a veces no ocurre. Puedes medir esto como una función de la temperatura, momento del año, etc. Por otro lado ¿cómo la forma de un potencial de acción varía de planta en planta, de trampa en trampa? ¿El reloj de 20 segundos cambia como función de la temperatura también? ¿Cambia el curso del tiempo del potencial de acción a medida que la planta envejece? Tenemos muchas preguntas.
  • Preferimos variedades de Venus Atrapamoscas que tienen trampas descansando en el suelo. Cuando tratas de grabar en un largo tallo, colgando el el aire, tocar los pelos sensitivos harán que la planta completa como que se "tambalee", lo que puede molestar la interfaz del electrodo y causar que el potencial de acción esté distorsionado. La La variedad B-52 funciona bien para electrofisiología.
  • Las figuras de arriba estan normalizadas para que la línea base es 0Mv, pero la planta probablemente tiene potencial de reposo de la membrana, ¿cómo se puede medir esto?
  • Como la Venus atrapamoscas repolariza cuando supuestamente solo está usando Calcio como el transportador iónico, y no sodio y potasio como lo hacen las neuronas y músculos?
  • Estamos trabajando en una versión mobil que no requiera ni computador ni arduino. Vuelvan pronto... ..