Cómo adquieren las manzanas su forma
Utilizando la teoría y los experimentos, los investigadores muestran cómo las manzanas obtienen sus rasgos distintivos en forma de cúspide
Las manzanas son una de las frutas más antiguas y reconocidas del mundo. Pero, ¿ha pensado alguna vez en la forma de una manzana? Las manzanas son relativamente esféricas, excepto por ese característico hoyuelo en la parte superior donde crece el tallo.
Mediciones experimentales de las secciones transversales de las manzanas en diferentes fases de crecimiento
Harvard SEAS
¿Cómo adquieren las manzanas esa forma tan característica?
Ahora, un equipo de matemáticos y físicos ha utilizado observaciones, experimentos de laboratorio, teoría y cálculo para entender el crecimiento y la forma de la cúspide de una manzana.
El trabajo se publica en Nature Physics.
"Las formas biológicas suelen estar organizadas por la presencia de estructuras que sirven de puntos focales", afirma L Mahadevan, profesor de Matemáticas Aplicadas, de Biología Organísmica y Evolutiva y de Física de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) y autor principal del estudio. "Estos puntos focales pueden adoptar a veces la forma de singularidades donde se localizan las deformaciones. Un ejemplo omnipresente se ve en la cúspide de una manzana, el hoyuelo hacia adentro donde el tallo se une a la fruta".
Mahadevan ya había desarrollado una teoría sencilla para explicar la forma y el crecimiento de las manzanas, pero el proyecto empezó a dar sus frutos cuando los investigadores pudieron conectar las observaciones de manzanas reales en distintas fases de crecimiento y los experimentos con gel para imitar el crecimiento junto con la teoría y los cálculos.
El equipo de investigación empezó recogiendo manzanas en distintas fases de crecimiento en un huerto del Peterhouse College de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), el alma mater de otro famoso amante de las manzanas, Sir Isaac Newton.
Con esas manzanas, el equipo trazó un mapa del crecimiento del hoyuelo, o cúspide, como lo llamaron, a lo largo del tiempo.
Para entender la evolución de la forma de la manzana y de la cúspide en particular, los investigadores recurrieron a una antigua teoría matemática conocida como teoría de la singularidad. La teoría de las singularidades se utiliza para describir una serie de fenómenos diferentes, desde los agujeros negros hasta ejemplos más mundanos como los patrones de luz en el fondo de una piscina, la ruptura de gotas y la propagación de grietas.
"Lo emocionante de las singularidades es que son universales. La cúspide de la manzana no tiene nada en común con los patrones de luz en una piscina, o con una gota que se desprende de una columna de agua, y sin embargo tiene la misma forma que ellos", afirma Thomas Michaels, antiguo becario postdoctoral en el SEAS y coautor del artículo, que ahora trabaja en el University College de Londres. "El concepto de universalidad es muy profundo y puede ser muy útil porque conecta fenómenos singulares observados en sistemas físicos muy diferentes".
Partiendo de este marco teórico, los investigadores utilizaron la simulación numérica para entender cómo el crecimiento diferencial entre la corteza de la fruta y el núcleo impulsa la formación de la cúspide. A continuación, corroboraron las simulaciones con experimentos que imitaban el crecimiento de las manzanas utilizando un gel que se hinchaba con el tiempo. Los experimentos demostraron que las diferentes tasas de crecimiento entre el grueso de la manzana y la región del pedúnculo daban lugar a la cúspide con forma de hoyuelo.
"Poder controlar y reproducir la morfogénesis de las cúspides singulares en el laboratorio con conjuntos de materiales sencillos fue especialmente emocionante", dijo Aditi Chakrabarti, becaria postdoctoral en SEAS y coautora del artículo. "La variación de la geometría y la composición de las imitaciones de gel mostró cómo se forman múltiples cúspides, como se observa en algunas manzanas y otras drupas, como los melocotones, albaricoques, cerezas y ciruelas".
El equipo descubrió que la anatomía subyacente de la fruta, junto con la inestabilidad mecánica, pueden desempeñar funciones conjuntas para dar lugar a múltiples cúspides en las frutas.
"La morfogénesis, es decir, el origen de la forma, es una de las grandes cuestiones de la biología", afirma Mahadevan. "La forma de la humilde manzana nos ha permitido sondear algunos aspectos físicos de una singularidad biológica. Por supuesto, ahora tenemos que entender los mecanismos moleculares y celulares que hay detrás de la formación de la cúspide, a medida que avanzamos lentamente hacia una teoría más amplia de la forma biológica."
Los autores de esta investigación son Sifan Yin, estudiante visitante de la Universidad de Tsinghua, y Eric Sun, antiguo estudiante del laboratorio.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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