Ο κήπος του Φράνκενσταϊν: Οι εκκεντρικοί πρωτοπόροι της ηλεκτροκαλλιέργειας

Πιθανότατα ξέρετε ήδη το τέρας του Φράνκενσταϊν. Έχετε ακούσει για τον κήπο του;

Περίπου την εποχή που η Mary Shelley εμπνεόταν από τον εκκεντρικό Δρ. Φράνκενσταϊν, οι επιστήμονες εξέταζαν την ηλεκτροπληξία σαν μέθοδο σε ζωντανά ζώα και νεκρούς κρατούμενους. Τότε ήταν, που κάποιοι επιστήμονες επιχειρούσαν να την εφαρμόσουν σε αιωνόβια φυτά και λαχανικά με ρίζες.

Οι επιστημονικές εξορμήσεις του 18ου αιώνα στην ηλεκτρική διέγερση  πιστεύονταν ότι έκαναν το ανθρώπινο σώμα πιο ανθεκτικό (απαλλάσσοντάς το από μία σειρά ασθενειών, από την παράλυση μέχρι την κατάθλιψη και από τη διάρροια μέχρι τα αφροδίσια νοσήματα). Ταυτόχρονα, μία μικρή ομάδα ειδικών διερευνούσε τη βελτίωση, μέσω της μεθόδου, της ζωής των φυτών. Τα πειράματα σε ηλεκτροδοτούμενους κήπους φέρονται να παρήγαγαν μια σειρά από οφέλη, από φωτεινότερα λουλούδια μέχρι πιο νόστιμα φρούτα. Σύντομα, αυτή η επιδίωξη πήρε τον δρόμο της συγγενούς της, της ιατρικής ηλεκτρο-κουακερίας, και μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα, η παραδοσιακή επιστήμη είχε εγκαταλείψει σε μεγάλο βαθμό και τις δύο.

Περισσότερο από έναν αιώνα μετά, πιο εξελιγμένα  εργαλεία και νέες γνώσεις αναζωογονούν τη μελέτη των επιδράσεων του ηλεκτρισμού στη βιολογία. Τα τελευταία 200 χρόνια η επιστημονική κοινότητα έχει καταφέρει να κατανοήσει πραγματικά τα πρώιμα πειράματα σε ζώα που δεν ήταν τεκμηριωμένα- και έχουν οδηγήσει την ιατρική σε ένα νέο, πολλά υποσχόμενο πεδίο. Παρομοίως, τα πειράματα με τα λαχανικά του παρελθόντος έρχονται ξανά στο φως, ώστε να εξεταστεί τι σύγχρονους καρπούς μπορεί να αποδώσουν. Το νέο αυτό πεδίο θα μπορούσε να βελτιώσει ακόμα και τους κήπους του 21ουαιώνα. Οι πρώτες ενδείξεις ότι τα ηλεκτροσόκ μπορεί να έχουν αισθητές επιπτώσεις στις καλλιέργειες δεν προήλθαν από οποιαδήποτε ανθρώπινη παρέμβαση, αλλά από την ίδια τη φύση. Σύμφωνα με την παλιά ιαπωνική γεωργική παράδοση, μετά από μία ηλεκτρική καταιγίδα, τα μανιτάρια πολλαπλασιάζονται με εξονυχιστικούς ρυθμούς.

Ωστόσο, οι κεραυνοί δεν είναι ένα φαινόμενο που θα μπορούσε κανείς να καλέσει κατά παραγγελία, ώστε να επιβεβαιώσει τη θεωρία. Τουλάχιστον μέχρι τη δεκαετία του 1740, όταν διάφορες νέες συσκευές επέτρεψαν για πρώτη φορά στους επιστήμονες να αποθηκεύουν και να αναπτύσσουν κατά βούληση αυτό το ακόμη μυστηριώδες φαινόμενο του «ηλεκτρισμού».

Η χρήση του ηλεκτρισμού ως βοηθητικού μέσου για τις καλλιέργειες, από εκείνα τα πρώτα χρόνια έγινε φλέγον θέμα. Ο Γάλλος φυσικός και φιλόσοφος Bertholon de Saint-Lazare, που πειραματίστηκε ευρέως πάνω στα -ελάχιστα κατανοητά τότε- μυστήρια του ηλεκτρισμού, επιμελήθηκε πολλά από τα πειράματα των συγχρόνων του, στη συλλογή φυτών De L'electricite des Vegetaux. Σε αυτούς τους πειραματισμούς, τα λουλούδια φέρονται να άνθιζαν νωρίτερα μετά την ηλεκτροδότηση. Ομοίως, η ηλεκτροδότηση των φρούτων φέρεται να επιτάχυνε την ωρίμανση της οσμής και της γεύσης τους. Ο Bertholon, όμως, επικεντρώθηκε κυρίως στη νέα συσκευή που είχε εφεύρει: αντί να χτυπάει ένα προς ένα μεμονωμένα φρούτα και λαχανικά, το τεραστίων διαστάσεων μηχάνημα είχε τη δυνατότητα να διοχετεύει ηλεκτρισμό σε ολόκληρα αγροτεμάχια κήπου. Μπορούσε να ηλεκτροδοτεί Ηλεκτροδοτούσε το ίδιο το χώμα και τον αέρα που έτρεφε τα αναπτυσσόμενα φυτά - σαν να επρόκειτο για κάποιο ηλεκτρικό «λίπασμα».

Ο ηλεκτροφυτομετρητής

Το σύστημα ιστών και καλωδίων που είχε συναρμολογήσει ο Bertholon μπορούσε να συλλέγει τον ατμοσφαιρικό ηλεκτρισμό, και να τον διοχετεύει στις καλλιέργειες. Σύμφωνα με τον ίδιο τον επιστήμονα, το σύστημα μιμούνταν τις διεγερτικές επιδράσεις του κεραυνού. Μόνο που έκανε τη δουλειά καλύτερα από τη φύση, αφού είχε τη δυνατότητα να διανέμει μικρές, συνεχείς ποσότητες ηλεκτρισμού, σε αντίθεση με το ένα, απρόσμενο και καταστροφικό χτύπημα του κεραυνού. Όπως ανέφερε ο ίδιος, το «ηλεκτροφυτόμετρο» αύξανε την ανάπτυξη των φυτών κάτω από το τόξο του, επιταχύνοντας, «την αναπαραγωγή, την ανάπτυξη και παραγωγή φύλλων, λουλουδιών και καρπών, αλλά και τον πολλαπλασιασμό τους».

Ο Bertholon έκανε επίσης χρήση του ηλεκτρισμού και σε άλλες μορφές, αναφέρονται εξολόθρευση των παρασίτων και εντόμων, με τη χρήση ενός πρωτόλειου εργαλείου το οποίο χρησιμοποιούσε για να κάνει ηλεκτροσόκ σε δέντρα που είχαν προσβληθεί. Οι σύγχρονοί του ανακάλυψαν πολλές άλλες χρήσεις του ηλεκτρισμού στους κήπους τους.

Ωστόσο, δεν πείστηκαν όλοι. Τα πράγματα εξελίχθηκαν άσχημα από τη στιγμή που ο Ολλανδοβρετανός φυσιολόγος που ανακάλυψε τη φωτοσύνθεση, Jan Ingenhousz, επωφελήθηκε από το -δικής του επινόησης – ηλεκτροφυτόμετρο, το οποίο χρησιμοποίησε στον κήπο του με αποτέλεσμα να μαραθούν όλα τα φυτά του. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι, το ηλεκτρικό «λίπασμα» του Bertholon δεν ήταν τίποτα άλλο παρά «κοπριά».

Και κάπως έτσι, το ενδιαφέρον για την ηλεκτροκαλλιέργεια μειώθηκε. Κάποιοι ιδιώτες επιστήμονες συνέχισαν να κάνουν μικρά πειράματα: στη δεκαετία του 1830, ένας από αυτούς ισχυρίστηκε ότι τα πειράματά του έδειξαν ότι τα φυτά είναι εξαιρετικοί αγωγοί, υπονοώντας ότι ο ηλεκτρισμός ήταν μια θεμελιώδης πτυχή της βιολογίας τους. Ωστόσο, ούτε η επιστήμη ούτε τα εργαλεία ήταν αρκετά προηγμένα για να υποστηρίξουν τέτοιους ισχυρισμούς. Αργότερα, εκτός από μερικά εξειδικευμένα σχέδια, η ιδέα της ηλεκτροκαλλιέργειας έπεσε γρήγορα σε δυσμένεια μεταξύ των ειδικών.

«Δεν μπορούμε πατά να αναρωτηθούμε πώς είναι δυνατόν, ενώ η μελέτη του ηλεκτρισμού και οι αμέτρητες βιομηχανικές εφαρμογές του έχουν εξελιχθεί σε τεράστιας σημασίας μέθοδο, η ηλεκτροκαλλιέργεια, επί ενάμιση αιώνα, να παραμένει στάσιμη», έγραφαν το 1918 δύο υπέρμαχοι της μεθόδου, καταλήγοντας στο συμπέρασμα: «πιθανώς, η απάντηση βρίσκεται στη στασιμότητα της επιστήμης των ζωντανών φυτών».

Με άλλα λόγια, αυτό που προκύπτει είναι ότι, για να βελτιώσει κανείς την ηλεκτροκαλλιέργεια θα πρέπει πρώτα να καταλάβει πώς μπορεί να λειτουργήσει. Και για να το καταλάβει αυτό, θα πρέπει να κατανοήσει τις ηλεκτρικές διαστάσεις της βιολογίας των φυτών. Ευτυχώς, μέχρι τη στιγμή που το δίδυμο των επιστημόνων εξέφρασε τις επισημάνσεις του, οι πρώτοι λεπτοί βλαστοί μιας τέτοιας ακριβώς προσπάθειας ξεπρόβαλλαν ήδη μέσα από τον παγετό. Το ενδιαφέρον για τα οφέλη του ηλεκτρισμού στη βλάστηση αναζωπυρώθηκε και από τον Κάρολο Δαρβίνο.

Τα σαρκοφάγα φυτά του Δαρβίνου

Ο παππούς του ήταν πεπεισμένος ότι ο ηλεκτρισμός μπορούσε να επιταχύνει την ανάπτυξη των φυτών. Ωστόσο, ο Κάρολος Δαρβίνος, για τα «ξεδιπλώσει» τον ισχυρισμό του, στηρίχθηκε σε πιο στέρεο επιστημονικό έδαφος. Πίστευε ότι ο ηλεκτρισμός ήταν θεμελιώδης πτυχή της φυσιολογίας των φυτών, με τον ίδιο τρόπο που οι νευροφυσιολόγοι του 19ου αιώνα είχαν αρχίσει να δείχνουν πώς τα ηλεκτρικά σήματα είναι το θεμελιώδες υπόβαθρο των σημάτων του ανθρώπινου νευρικού συστήματος που μας επιτρέπουν να σκεφτόμαστε, να αισθανόμαστε και να κινούμαστε.

Η εμμονή του Δαρβίνου είχε ξεκινήσει από ένα μόνο μικρό, σαρκοφάγο φυτό του Drosera, των γνωστών, δηλαδή, ηλιοτροπίων. Μόλις ένα χρόνο μετά την έκδοση του εμβληματικού «Περί της Καταγωγής των Ειδών», η επίδραση του ηλεκτρισμού στη χλωρίδα, ήταν το μόνο που μπορούσε να σκεφτεί. «Αυτή τη στιγμή, με ενδιαφέρει περισσότερο η Drosera από την προέλευση όλων των ειδών στον κόσμο», έγραφε το 1860, και δεν είναι περίεργο. Η Drosera έκανε όλα όσα δεν πρέπει να κάνουν τα φυτά - έτρωγε κρέας και κυνηγούσε. Τα μακριά, κολλώδη φύλλα της παγίδευαν τις μύγες με βλεννοειδείς εκκρίσεις. Στη συνέχεια, τυλίγονταν αδυσώπητα γύρω από το άτυχο θήραμα.

Πώς γίνεται αυτό; Το «σαρκοφάγο λαχανικό» φαίνονταν οξύμωρο, αλλά η Drosera δεν ήταν μόνη της. Η Dionaea muscipula (γνωστή ως «μυγοπαγίδα της Αφροδίτης») κυνηγούσε ακόμη πιο γρήγορα. Όπως περιγράφει με θαυμασμό ο Δαρβίνος, «τα φύλλα της παγιδεύουν τα έντομα ακριβώς όπως μια ατσάλινη ποντικοπαγίδα». Τα αντανακλαστικά των σαρκοφάγων φυτών θύμιζαν αυτά των ζώων. Φυσιολόγος και βοτανολόγος φίλος του εμβληματικού επιστήμονα, με εξειδίκευση στο φυτικό και το ζωικό βασίλειο, πρότεινε τα παράξενα αυτά φυτά να μελετηθούν για τα ίδια είδη «νευρικών» ηλεκτρικών μεταβολών, οι οποίες, πρόσφατα, είχαν εντοπιστεί ως λόγος συσπάσεων των μυών των ζώων.

Και οι ηλεκτρικές αυτές μεταβολές βρέθηκαν. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνάς τους, όταν η μυγοπαγίδα έκλεινε, συνοδευόταν από δραστηριότητα που έμοιαζε τρομερά με το δυναμικό δράσης που είχε καθορίσει τον ζωικό ηλεκτρισμό. Τα σήματα αυτά δεν σημειώνονταν αποκλειστικά στο ζωικό βασίλειο. Οι φυσιολόγοι της χλωρίδας, ωστόσο, απέρριψαν συντριπτικά την ιδέα, και ο λόγος είναι αναμενόμενος: παρότι πράγματι τα σαρκοφάγα φυτά κινούνταν γρήγορα και κυνηγούσαν όπως τα ζώα -άρα, η θεωρία για τα νευρικά τους συστήματα έβγαζε κάποιο νόημα-, τα άλλα φυτά ούτε κινούνταν, ούτε κυνηγούσαν. Απλά παρέμεναν στις θέσεις τους, απορροφώντας το φως του ήλιου. Τα μοναδικά χαρακτηριστικά των σαρκοφάγων δεν φαινόταν λογικό να προεκταθούν και στο υπόλοιπο φυτικό βασίλειο.

Μερικές δεκαετίες αργότερα, ο Ινδός μηχανικός και μελετητής Jagadis Chandra Bose επανεξέτασε το ερώτημα του Δαρβίνου. Οι απορίες του επικεντρώθηκαν γύρω από τη Mimosa pudica, ένα μικρό φυτό με μεγάλη διάρκεια ζωής, το οποίο μοιάζει με φτέρη. Δεν είναι σαρκοφάγο, ωστόσο κινείται. Όταν τρομάζει αναδιπλώνει τα μικρά φύλλα της – μία αξιοσημείωτη, σπασμωδική κίνηση που, με την πάροδο των χρόνων, της χάρισε ένα σωρό παρατσούκλια, όπως «ευαίσθητο φυτό» και «touch-me-not». Ο Bose υπολόγισε ότι αυτές οι γρήγορες κινήσεις θα πρέπει να υποστηρίζονται και από νευρική δραστηριότητα που μοιάζει με αυτή των ζώων.

Και βέβαια, ένα ηλεκτρόμετρο αποκάλυψε τα δυναμικά δράσης που έψαχνε, τα οποία κορυφώνονταν ακριβώς πριν το μικρό φυτό διπλώσει τα φύλλα του του, όπως ακριβώς είχε βρεθεί ότι προηγούνταν της απόκρισης της μυγοπαγίδας της Αφροδίτης. Η περιέργεια του Bose φούντωσε: ποια άλλα φυτά εξέπεμπαν ηλεκτρικά σήματα; Το 1901, ανέφερε ισχυρά ηλεκτρικά σήματα σε μια σειρά από κοινά φυτά που ούτε κινούνταν ούτε έτρωγαν, όπως το ραβέντι και το ραπανάκι. Τις επόμενες δεκαετίες τα ευρήματα αυτά επεκτάθηκαν στα κρεμμύδια, τα δέντρα και σχεδόν σε κάθε ένα από τα μέλη του φυτικού βασιλείου, τα οποία μπήκε κάποιος στον κόπο να μετρήσει.

Ηλεκτρικά φυτά

Σε μεγάλο βαθμό, τα ευρήματα παρέμειναν ανεξήγητα μέχριτα τέλη του 20ού αιώνα, όταν εργαλεία της νευροεπιστήμης αποκάλυψαν ότι τα φυτικά κύτταρα χρησιμοποιούν ηλεκτρικά φορτία για να διαχειρίζονται τις εσωτερικές τους επικοινωνίες, όπως ακριβώς κάνουν και τα ζωικά κύτταρα. Στην εξωτερική τους επένδυση, όλα τα ζωντανά κύτταρα διαθέτουν πόρους, οι οποίοι εξασφαλίζουν ότι τα διαφορετικά ιόντα παραμένουν σε διαφορετικές πλευρές της μεμβράνης. Τα κύτταρα των θηλαστικών θέλουν να κρατούν τα ιόντα καλίου μέσα και τα ιόντα νατρίου έξω. Το εσωτερικό του κυττάρου φέρει ένα μικροσκοπικό αρνητικό φορτίο, ως αποτέλεσμα των εν λόγω ανισορροπιών. Το νευρικό σύστημα χρησιμοποιεί αυτές τις μικρές μπαταρίες για να στέλνει όλα τα μηνύματα σχετικά με το τι αισθάνεται και τι κάνει το σώμα από και προς τον εγκέφαλο.

Επιπλέον, τα φυτικά κύτταρα έχουν μια εσωτερική τάση και την χρησιμοποιούν για το ίδιο αποτέλεσμα: προκειμένου, δηλαδή, να επικοινωνούν πληροφορίες σχετικά με το περιβάλλον τους. Έρευνα που διεξήχθη στα τέλη της δεκαετίας του 1990 έδειξε ότι τα φυτά ανταποκρίνονται ηλεκτρικά σε διάφορα ερεθίσματα, όπως το φως, η θερμοκρασία, το άγγιγμα και ο τραυματισμός. Η θεωρία ευθυγραμμίστηκε με τις γνώσεις από τη χημική επικοινωνία των φυτών, οι οποίες έδειξαν ότι τα φυτά μπορούν να αισθάνονται τον κίνδυνο, να επικοινωνούν με άλλα φυτά και να καλούν τα ζώα για βοήθεια. Το καλαμπόκι, για παράδειγμα, μπορεί να καλέσει σφήκες για να επιτεθούν στα είδη των κάμπιων που τού επιτίθενται. Κατά τη διάρκεια αυτών των δεκαετιών, έννοιες που προηγουμένως είχαν συνδεθεί μόνο με τη νευροεπιστήμη εισχώρησαν όλο και περισσότερο στη φυσιολογία των φυτών.

Τα εν λόγω ευρήματα αναζωπύρωσαν και τη συζήτηση δεκαετιών σχετικά με τη νοημοσύνη των φυτών. Είναι τα φυτά ευφυή; Αν ναι, τι θα έλεγε αυτό για τον ορισμό της «νοημοσύνης» μας;  Η συζήτηση συνεχίζεται, αλλά, την ίδια στιγμή, δεν αποτελεί τον μοναδικό τρόπο επεξεργασίας των σημάτων των φυτών.

Κάποιοι βοτανολόγοι δεν είναι αρνητικοί στην ιδέα ότι τα φυτά χρησιμοποιούν περίπλοκα σήματα για να επικοινωνούν μεταξύ τους και με τον φυσικό κόσμο. Επισημαίνουν όμως ότι, τα σήματα αυτά, δεν είναι σαν τα δικά μας. τα ζώα, η ηλεκτρική επικοινωνία λειτουργεί ως εξής: τα νευρικά κύτταρα θέλουν να κρατούν το κάλιο μέσα και το νάτριο έξω, και οι ηλεκτρικές διαφορές που δημιουργούνται από τον διαχωρισμό αυτών των ιόντων στηρίζουν θεμελιωδώς την ικανότητα του νευρώνα να στέλνει ένα δυναμικό δράσης. Ωστόσο, το νάτριο δεν παίζει κανένα ρόλο στα δυναμικά δράσης των φυτών, επειδή το νάτριο είναι τοξικό για τα φυτά. Στο σώμα τους, τους ρόλους του καλίου και του νατρίου παίζουν το κάλιο, το χλώριο και το ασβέστιο. Τα ηλεκτρικά σήματα που επιτρέπει αυτό φαίνονται διαφορετικά, με μια πιο προσεκτική εξέταση. Καταρχάς, είναι ισχυρότερα. Δεύτερον, έχουν ελαφρώς πιο σύνθετο ρεπερτόριο. Εκτός από το τυπικό δυναμικό δράσης, τα φυτά επιστρατεύουν δύο ακόμη σήματα - το «δυναμικό μεταβολής» και το «δυναμικό συστήματος».

Τα σήματα αυτά συντονίζουν διαφορετικά συστήματα. Το δυναμικό δράσης λειτουργεί βασικά όπως και στα ζώα: επικοινωνεί γρήγορα και σε μεγάλες αποστάσεις, σχετικά με ενδιαφέροντα ερεθίσματα, για παράδειγμα το άγγιγμα κάποιου ή μια αισθητή αλλαγή θερμοκρασίας. Το δυναμικό μεταβολής είναι πιο μεταβλητό (όπως υποδηλώνει και το όνομά του)- ενεργοποιείται από κοπή, κάψιμο και άλλα είδη τραυματισμού και το μέγεθος του σήματος εξαρτάται από τη σοβαρότητα της βλάβης. Το δυναμικό επιφάνειας είναι αργό και τοπικό και πιθανώς συνδέεται με την κατάσταση των θρεπτικών στοιχείων.

Αλλά τα φυτά δεν χρησιμοποιούν αυτά τα σήματα μόνο για να μιλήσουν στον εαυτό τους για την εσωτερική τους κατάσταση: μπορεί επίσης να μιλούν μεταξύ τους. Ορισμένοι πιστεύουν ότι μπορούν να ταξιδέψουν μέσω ενός δικτύου μυκητιακών νηματίων που είναι πανταχού παρόντα στο έδαφος και φαίνεται να λειτουργούν ως κυκλώματα.

Αυτό έχει δημιουργήσει μια νέα προοπτική. Θα μπορούσαμε να κρυφακούσουμε τα φυτά και να αποκωδικοποιήσουμε εμείς οι ίδιοι αυτά τα ηλεκτρικά σήματα; Από το να γνωρίζουμε αν τα φυτά κάθονται άνετα - είναι πολύ ζεστά ή κρύα; Χρειάζονται περισσότερα θρεπτικά συστατικά από το έδαφος; Ή θα μπορούσαν να μας δώσουν μια έγκαιρη προειδοποίηση ότι τα φυτά μας δέχονται επίθεση από παθογόνα;

Δημιουργείται μια δελεαστική προοπτική - ίσως πρόκειται να μάθουμε τι «σκέφτονται» τα λαχανικά μας.