Las matemáticas imitan la vida. El nuevo modelo permite que diferentes capas de hojas crezcan a diferentes ritmos, un componente necesario para generar la flexión necesaria para una hoja de loto en forma de cuenco, se muestra aquí como la predicción del modelo (izquierda), como se ve en la naturaleza (medio), y como apareció en experimentos con un caucho que imita una hoja (derecha). Crédito:F. Xu et al., Phys. Rev. Lett. (2020)
Un trío de investigadores de la Universidad de Fudan ha mejorado un modelo matemático para permitirle predecir la forma de diferentes tipos de hojas en las plantas de loto. En su artículo publicado en la revista Cartas de revisión física , el grupo describe su trabajo matemático y cómo lo probaron con materiales del mundo real.
En 2008, un equipo en Francia creó un modelo matemático para describir el crecimiento de los tejidos blandos como un medio para predecir las formas en que surgen las formas de las algas y los hongos. En este nuevo esfuerzo, los investigadores ampliaron el modelo anterior para incluir el crecimiento de las hojas en las plantas.
El nuevo modelo incluye dos nuevos elementos en las predicciones de crecimiento:hojas que flotan en el agua y capas de células en hojas que crecen a diferentes velocidades. resultando en la flexión de la hoja. Notablemente, los investigadores modificaron el modelo anterior para explicar cómo las plantas de loto pueden producir dos tipos de patrones de hojas. Las hojas de loto que flotan en la superficie del agua son planas con volantes en los bordes. Las hojas que crecen por encima del agua tienen forma de cuenco. Al tener en cuenta los dos nuevos elementos, los investigadores pudieron modelar y predecir con precisión los patrones de crecimiento de las hojas de loto.
En ambos casos, el modelo tuvo en cuenta el impacto de los bordes ondulados que se producen cuando una hoja crece con más superficie de la que cabe en una superficie lisa. Con hojas ligadas al agua, la energía requerida para levantar el agua adherida es minimizada por la configuración plana. Las hojas que crecen por encima del agua no son derribadas por el peso del agua; pueden crecer libremente en cualquier forma. Pero debido a que las células crecen más rápido donde la luz del sol las golpea, forman cuencos que siguen al sol como girasoles. La inclinación de las paredes de la taza varía según las condiciones ambientales.
El modelo se probó inicialmente mediante simulaciones por ordenador. Luego se puso a prueba en el mundo real mediante el uso de un material sustituto de las hojas de loto que era mucho más fácil de probar. El material que eligieron crece cuando se aplica agua. Eso permitió a los investigadores ver cómo tomaría forma el material cuando flotara en el agua en comparación con cuando estaba suspendido sobre él. La prueba mostró que las hojas se forman en las mismas formas que las plantas de loto.
Efecto del agua sobre la morfogénesis de diversas hojas de plantas acuáticas. Crédito: Cartas de revisión física (2020). DOI:10.1103 / PhysRevLett.124.038003
© 2020 Science X Network
