Investigadores de la Universidad de Duke han descubierto la mecánica detallada de la forma en que las esporas de hongos han evolucionado para aprovechar el poder de la fusión de las gotas de agua para lanzarlas de manera uniforme.

Las esporas de hongos crecen en los extremos de los largos correas delgadas llamadas esterigmas. Una vez maduro, las esporas deben desprenderse y transportarse a un nuevo lugar para crecer. Algunas esporas dependen de los animales o de su propio poder para viajar. Otras, llamadas balistosporas, son expulsadas activamente de la superficie del organismo parental. Y en el caso de algunos hongos, las gotas de agua proporcionan el despegue.

Hace más de un siglo, Reginald Buller descubrió que una gota esférica de agua que se forma cerca de una espora es crucial para la dispersión de la espora. Apodada la "caída de Buller, "Su fusión con otra gota en forma de lente en la espora hace que la espora se separe de su atadura.

"Las esporas se lanzan con una enorme cantidad de fuerza en una dirección específica, casi como un cañón, "dijo Chuan-Hua Chen, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en Duke. "Y el cañón de balistosporas ha evolucionado para disparar directamente lejos del hongo para dar a las esporas la mejor oportunidad de escapar".

Si bien este fenómeno se había explicado enérgicamente, los mecanismos detallados, en particular la dirección casi uniforme de los lanzamientos de las esporas, siguen siendo un misterio. En un artículo publicado en el Revista de la interfaz de la Royal Society el 27 de julio Chen y sus colegas utilizan cámaras de alta velocidad y una impresora de inyección de tinta para resolver el acertijo.

El mayor obstáculo para descubrir los detalles de cómo las gotas de agua lanzan estas esporas ha sido la velocidad de la acción. Si bien las gotas de agua tardan varios minutos en crecer lo suficiente para el despegue, el evento en sí toma menos de un microsegundo.

"Y, lamentablemente, un microsegundo también es la resolución de tiempo para la mayoría de las cámaras de alta velocidad, ", Dijo Chen." Entonces, si bien los investigadores lograron algunos avances en la captura del proceso de coalescencia general, el mecanismo detallado aún no estaba claro ".

El problema era de escala y tiempo, ya que la duración del lanzamiento es proporcional al tamaño de la caída de Buller, que es pequeño cuando se trata de esporas de hongos.

Para evitar este problema, Chen y su equipo construyeron sus propias "esporas" más grandes cortando una esfera de poliestireno en una partícula en forma de espora y orientando cuidadosamente la espora modelo sobre una superficie plana. Luego usaron una impresora de chorro de tinta para construir una gota Buller más grande directamente al lado de su espora artificial. Con la capacidad de controlar con precisión el tamaño de la gota, y por lo tanto su velocidad y sincronización de despegue, el equipo pudo captar el lanzamiento con alta resolución.

Cuando miraron la película, los detalles del mecanismo de lanzamiento se hicieron evidentes. Cuando la gota esférica de Buller se une a la segunda gota que se extiende sobre la espora, las gotas pierden superficie y liberan energía superficial, proporcionando el impulso para el lanzamiento.

A medida que la gota recién fusionada se mueve a lo largo de la cara plana de la espora, el movimiento de la gota se alinea rápidamente con la orientación de la cara plana de la espora. La gota fusionada ejerce fricción sobre la espora a medida que se mueve y la aleja del esterigma. La dirección de lanzamiento está guiada por la cara plana de la espora, que está en la misma dirección que el esterigma delgado.

"La liberación de energía es tan rápida que acelera todo el sistema con un millón de Gs, pero hay tanta resistencia al aire que la espora todavía viaja solo unos pocos milímetros como máximo. Por eso es tan importante que las esporas se disparen directamente lejos del hongo, ", Dijo Chen." Al explicar el mecanismo subyacente a la direccionalidad de lanzamiento casi perfecta, nuestro trabajo finalmente ha arrojado luz sobre este rompecabezas centenario ".