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O que é Eletrofisiologia?

A Eletrofisiologia é o ramo da ciência que tem por objetivo descrever as propriedades elétricas dos organismos vivos. Isto inclui lidar com medidas de voltagem, corrente, capacitância, resistência ou condutividade, em escala de um organismo inteiro, órgãos, tecidos, células e mesmo ao nível de um único canal de membrana. Em animais, a Eletrofisiologia é um tema amplamente estudado dentro do campo da Neurociência. As propriedades elétricas das plantas, por sua vez, são investigadas desde o século XIX, mas apenas recentemente o campo da Eletrofisiologia Vegetal tem despertado e interesse dos estudiosos da Biologia de Plantas, embora a maior parte dos cursos na área ainda não abordem o assunto.


Dionea muscipula – popularmente conhecida como planta carnívora. Umas das primeiras espécies a ter a atividade elétrica registrada.


Breve Histórico


As primeiras evidências da sinalização elétrica em células vivas surgiram com os estudos sobre contrações musculares de Luigi Galvani em 1791. Trabalhando com uma preparação nervo-músculo dissecada da perna de uma rã, Galvani percebeu que os músculos se contraíam se o nervo e o músculo fossem tocados por bastão de metal. Ele atribuiu esta resposta a uma descarga da “eletricidade animal”, na qual um “fluido elétrico” passava do músculo para o metal e voltava pelo nervo e que a descarga da eletricidade no músculo deflagrava a contração. Tais descobertas serviram de estímulo para os trabalhos de Alexander Von Humboldt, o qual realizou mais de quatro mil experimentos com animais e plantas e concluiu que a natureza bioelétrica de animais e plantas é baseada nos mesmo princípios. Em 1846 o grande fisiologista Emile Du Bois-Reymond, usando um galvanômetro, mediu o potencial elétrico em superfícies intactas e cortadas de fibras nervosas e encontrou que estímulos mecânicos e elétricos causam um rápido sinal negativo, o qual posteriormente passou a ser chamado de potencial de ação (PA).


As primeiras medidas de sinais elétricos em plantas


Esquerda: Jagadis Chandra Bose (1858-1937). A - Aparato de Bose para mensurar a propagação do impulso elétrico no floema de Mimosa pudica; B - Desmodium gyrans antes e após estimulação; C – Registro do Potencial de ação em Mimosa estimulado mecanicamente. Um estímulo mecânico pode ser substituído por um elétrico. Velocidade de 19 mm/sec; D – O período de oscilações em Desmodium correspondeu exatamente com o período de movimento das folhas. Oscilações periódicas (Shepherd, 2007).


A sinalização elétrica em plantas foi detectada inicialmente em plantas insetívoras e descrita para a Sociedade Real Inglesa pelo pesquisador Sir Jonh Scott Burdon-Sanderson em 1873. Burdon-Sanderson mensurou em Dionaea muscipula um Potencial de ação que se propagou a uma velocidade de 200 mm/s. Charles Robert Darwin, assim como Burdon - Sanderson, também demonstrou a existência de sinais elétricos em plantas insetívoras e em outros gêneros não correlacionados. Logo após, o eletrofisiologista Jogadis Chandra Bose (1850-1937) registrou potencial de ação também em Mimosa pudica.


Bose foi o primeiro a considerar a importância da sinalização elétrica entre células vegetais na coordenação de respostas ao ambiente. Ele provou que os rápidos movimentos em folhas de Mimosa e Desmodium eram estimulados por sinalização elétrica de longa distância e mostrou também que as plantas produzem contínuos pulsos elétricos sistêmicos. Em 1930 K. Umrath registrou potenciais de ação com a inserção de microeletrodos em células de Nitella, antes do primeiro registro intracelular de um potencial de ação em células animais que só ocorreu em 1950 pelos pesquisadores W. L. Nastuk e A. L. Hodgkin. Ainda na década de 1950, Sibaoka demonstrou que a propagação de sinais elétricos em Mimosa pudica mostrava características similares a potenciais de ação em nervos. Em 1984, canais iônicos, a base para geração do potencial de ação foram descobertos em plantas.


Por que as plantas geram sinais elétricos?


Segundo os estudiosos da área, as razões mais prováveis pelas quais plantas tenham desenvolvido vias de transmissão de sinais elétricos seria a necessidade de responder rapidamente a estímulos externos, como fatores de estresses ambientais, por exemplo. Tem sido mostrado recentemente que diferentes estímulos ambientais evocam respostas específicas em células vivas que são capazes de gerar sinais elétricos, os quais são transmitidos rapidamente por longas distâncias.


Hoje já se sabe que a sinalização elétrica é universal no reino vegetal. Três tipos principais de sinais elétricos têm sido registrados em plantas: potenciais de ação (PA), potenciais de variação (PV) e potenciais sistêmicos (PS). Em linhas gerais o PA é uma resposta bioelétrica à um estímulo qualquer, seja ele de natureza mecânica, elétrica ou térmica, capaz de causar a abertura de um certo número de canais iônicos que permitem a entrada de cargas positivas e saída de cargas negativas provocando uma despolarização da membrana plasmática. O PV, por sua vez, consiste de uma mudança transitória no potencial de membrana (despolarização e subsequente lenta repolarização), cuja alta persistência ao longo do tempo representa sua principal diferença do potencial de ação. Já o PS é uma propagação transitória de uma hiperpolarização (aumento da diferença de potencial através da membrana plasmática).


1.Potencial de ação acionado por estímulo luz (200 µmol/m/s) em plantas de tomate. 2. Hiperpolarização medida em células cotiledonares de tomate após retirar o estímulo de luz. 3. Potencial de ação acionado por estímulo de luz (100 µmol/m/s) em folhas de tomateiro (Macedo et al., 2014).




Referências

BOSE, J.C. The Nervous Mechanism of Plants, pp. 123–134. Longmans, Green & Co., London, UK, 1926.

MACEDO, F. C. O.; DZIUBINSKA, H.; STOLARZ, M.; TREBACZ, K.; OLIVEIRA, R. F. Action potentials generated in tomato after electrical and light stimulation. Acta Neurobiol Exp 2014, Vol. 74 (3).

PICKARD, B. Action potentials in higher plants. Botanical Review, n.39, p.172–201, 1973.

PYATYGIN,S. S.; OPRITOV, V. A. and VODENEEV, V. A. Signaling Role of Action Potential in Higher Plants. Russian Journal of Plant Physiology, 2008, Vol. 55, No. 2, pp. 285–291.

SHEPHERD, V.A. FROM SEMI-CONDUCTORS TO THE RHYTHMNS OF SENSITIVE PLANTS: THE LEGACY OF J.C. BOSE. (Comunicação Oral – 3rd International meeting on Plant Neurobiology. Stbske Pleso, Slovakia: 2007).

TREBACZ, K., DZIUBINSKA, H.; KROL, E. Electrical signals in long-distance communication in plants. In Communication in Plants – Neuronal Aspects of Plant Life (eds F. Baluska, S. Mancuso & D. Volkmann), pp. 277–290. Springer-Verlag, Berlin and Heidelberg, Germany, 2006.


Texto escrito por Francynês da Conceição Oliveira Macedo

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