Los físicos utilizan magnetómetros atómicos para medir las señales biomagnéticas de la planta carnívora La Venus atrapamoscas ( Dionaea m...
Los físicos utilizan magnetómetros atómicos para medir las señales biomagnéticas de la planta carnívora
La Venus atrapamoscas ( Dionaea muscipula ) es una planta carnívora que encierra a su presa utilizando el camuflaje de sus hojas como trampa. Durante este proceso, las señales eléctricas conocidas como potenciales de acción, desencadenan el cierre de los lóbulos de las hojas.
Un equipo interdisciplinario de científicos ha demostrado ahora que estas señales eléctricas generan campos magnéticos medibles. Usando magnetómetros atómicos, fue posible registrar este biomagnetismo.
Los cierres rápidos de hojas que utiliza la Venus atrapamoscas para asegurar a su presa son excepcionalmente raros: la mayoría de las plantas carnívoras prefieren métodos más pasivos, como pelos que apuntan hacia adentro o pendientes resbaladizas.
Cuando el movimiento activa los pelos de la trampa, se transmite una señal eléctrica dentro de la planta, lo que estimula a las hojas a cerrarse en un segundo, un movimiento asombrosamente rápido para los estándares de la planta. Las señales eléctricas que utilizan los nervios de los animales para transmitir mensajes producen campos magnéticos que pueden detectarse para rastrear lo que está ocurriendo,
La actividad eléctrica en la trampa para moscas de Venus está asociada con señales magnéticas
Sabemos que en el cerebro humano los cambios de voltaje en ciertas regiones son el resultado de una actividad eléctrica concertada que viaja a través de las células nerviosas en forma de potenciales de acción. Se pueden utilizar técnicas como la electroencefalografía (EEG), la magnetoencefalografía (MEG) y la resonancia magnética (MRI) para registrar estas actividades y diagnosticar trastornos de forma no invasiva. Cuando se estimulan las plantas, también generan señales eléctricas, que pueden viajar a través de una red celular análoga al sistema nervioso humano y animal.
Un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), el Helmholtz Institute Mainz (HIM), el Biocenter of Julius-Maximilians-Universität of Würzburg (JMU), y el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) en Berlín, el distrito nacional de Alemania. Instituto de Meteorología, ahora ha demostrado que la actividad eléctrica en la Venus atrapamoscas, también está asociada con señales magnéticas.
La trampa de Dionaea muscipula consiste en hojas atrapadoras bilobuladas con pelos sensibles que, al tocarlas, desencadenan un potencial de acción que viaja por toda la trampa. Después de dos estímulos sucesivos, la trampa se cierra y cualquier presa de insectos queda encerrada en su interior y posteriormente se digiere.
Curiosamente, la trampa es excitable eléctricamente de varias formas: además de las influencias mecánicas como el tacto o las lesiones, la energía osmótica, por ejemplo, las cargas de agua salada, y la energía térmica en forma de calor o frío también pueden desencadenar potenciales de acción. Para su estudio, el equipo de investigación utilizó la estimulación térmica para inducir potenciales de acción, eliminando así factores potencialmente perturbadores como el ruido de fondo mecánico en sus mediciones magnéticas.
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| Junto con el cepillado de los pelos que alerta a la planta de la presencia de presas, se ha descubierto que las trampas de la Venus responden al calor y al agua salada. El equipo decidió estimular sus plantas elevando el termómetro 4ºC / s (7,2ºF / s) de la temperatura ambiente, juzgando que es menos probable que el calor produzca ruido de fondo que la estimulación mecánica, que los monitores ultrasensibles confundirían con los campos magnéticos de la planta. .La posibilidad de un potencial eléctrico inductor de campo aumentó con la temperatura, pasando del 50 por ciento a 33,8ºC (92,8ºF) y alcanzando el 100% a 40ºC (104ºF). |
Biomagnetismo: detección de señales magnéticas de organismos vivos
Si bien el biomagnetismo se ha investigado relativamente bien en humanos y animales, hasta ahora se han realizado muy pocas investigaciones equivalentes en el reino vegetal, utilizando solo magnetómetros de dispositivo de interferencia cuántica superconductora (SQUID), instrumentos voluminosos que deben enfriarse a temperaturas criogénicas.
Para el experimento actual, el equipo de investigación utilizó magnetómetros atómicos para medir las señales magnéticas de la Venus atrapamoscas. El sensor es una celda de vidrio llena de vapor de átomos alcalinos, que reaccionan a pequeños cambios en el entorno del campo magnético local. Estos magnetómetros de bombeo óptico son más atractivos para aplicaciones biológicas porque no requieren enfriamiento criogénico y también pueden miniaturizarse.
Los investigadores detectaron señales magnéticas con una amplitud de hasta 0,5 picotesla, que es millones de veces más débil que el campo magnético de la Tierra. La magnitud de la señal registrada es similar a la que se observa durante las mediciones de superficie de los impulsos nerviosos en animales.
En el futuro, estas tecnologías no invasivas podrían usarse en la agricultura para el diagnóstico de cultivos y plantas, al detectar respuestas electromagnéticas a cambios repentinos de temperatura, plagas o influencias químicas sin tener que dañar las plantas con electrodos.
Fuente: Anne Fabricant, Geoffrey Z. Iwata, Sönke Scherzer, Lykourgos Bougas, Katharina Rolfs, Anna Jodko-Władzińska, Jens Voigt, Rainer Hedrich, Dmitry Budker. Action potentials induce biomagnetic fields in carnivorous Venus flytrap plants. Scientific Reports, 2021; 11 (1) DOI: 10.1038/s41598-021-81114-w
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