Nueva investigación sobre la biomecánica de la dispersión explosiva de semillas en pepinos que lanzan chorros (Elaterio de ecballio) revela cómo estas plantas han adaptado un conjunto de rasgos únicos que les permiten propagar sus semillas a gran velocidad a lo largo y ancho. La investigación fue presentada por Helen Gorges en la Conferencia Anual de la Sociedad de Biología Experimental en Amberes.

La dispersión de semillas se presenta de diversas formas, y se sabe mucho sobre la dispersión asistida por animales, viento y agua, pero se sabe menos sobre los mecanismos de dispersión autopropulsada de las plantas. Uno de ellos es la dispersión balística del pepino chorro, que utiliza explosiones de alta presión para expulsar sus semillas a gran velocidad a grandes distancias.

El investigador principal, Gargantas de Helen, es un estudiante de doctorado especializado en morfología funcional y biomecánica En la Universidad de Kiel, utiliza tecnologías de imagen de vanguardia, como la videografía de alta velocidad y la microtomografía computarizada, para comprender los rápidos movimientos de las plantas.

Este dramático desempeño botánico es uno de los ejemplos más espectaculares de dispersión balística de semillas de la naturaleza, una estrategia que ha evolucionado independientemente. en al menos 23 familias de plantas a pesar de su rareza en el reino vegetal.

"Muchos factores deben interactuar perfectamente para dispersar las semillas de la manera más eficiente, sin destruir toda la planta demasiado pronto", dice Gorges.

Para reducir la competencia directa por espacio y recursos entre plantas progenitoras y descendientes, existe un impulso evolutivo que impulsa a las plantas a dispersar sus semillas lo más lejos posible. La investigación realizada por la Sra. Gorges tuvo como objetivo explorar los mecanismos que controlan la maduración del pepino y maximizar sus posibilidades de dispersión exitosa.

La Sra. Gorges y su equipo utilizaron tomografía microcomputarizada para crear un modelo 3D de la fruta entera, así como imágenes de microtomografía computarizada y videografía de alta velocidad para capturar la explosión de la fruta con gran detalle. "Grabamos la explosión de la fruta con videos de alta velocidad a 1,000 y 10 000 fps para calcular la velocidad de las semillas y las posibles distancias de disparo", explica la Sra. Gorges. "También analizamos imágenes durante la maduración de la fruta para medir la curvatura del pedúnculo y el ángulo entre la fruta y el pedúnculo".

Investigaciones recientes de otros botánicos han descubierto que existe una gran interacción entre el fruto y el tallo antes de la explosión. Curiosamente, a pesar de necesitar presión para expulsar las semillas, Box y sus colegas descubrieron que hay... un movimiento de fluido desde la fruta hasta el talloEsto tiene el efecto de alterar la posición de la fruta para mejorar el ángulo de disparo.

Gorges y sus colegas también han descubierto que el pedúnculo del fruto se endereza durante la maduración. Han observado que crea un ángulo promedio de 53°, cercano al ángulo ideal teórico de 50°, que maximizaría la distancia de disparo.

El equipo descubrió que las semillas pueden alcanzar velocidades de hasta 29 kilómetros por hora y distancias de lanzamiento de hasta 12 metros. «Es sumamente interesante observar las explosiones mediante grabaciones de alta velocidad, ya que ocurren demasiado rápido para poder verlas en tiempo real», afirma la Sra. Gorges.

Además, el equipo descubrió que las semillas siempre salen del fruto en la misma dirección y producen una capa mucilaginosa cuando se mojan, lo que se vuelve un adhesivo cuando se seca y mejora las condiciones para la germinación.

Uno de los enigmas para los botánicos es que, a pesar de su eficacia, la dispersión balística sigue siendo poco común entre las plantas. El trabajo de Gorges y sus colegas podría ayudar a explicar esto, al brindar a los científicos una mejor comprensión del esfuerzo necesario para desarrollar órganos especializados para la dispersión, así como de las limitaciones en el tamaño y la forma de las semillas.

La investigación no contribuirá al desarrollo de un pepino más potente y letal. En cambio, los hallazgos tienen aplicaciones potenciales para sistemas de lanzamiento bioinspirados, como actuadores basados ​​en hidrogel para herramientas médicas y microrrobots. «También existen numerosas aplicaciones en robótica blanda, sistemas de administración de fármacos y dispositivos similares, donde se buscan sistemas de lanzamiento energéticamente eficientes», afirma la Sra. Gorges.

Imagen de portada: Primer plano de un pepino chorreando. Elaterio de ecballio. Imagen: Mohamed Haddad / Canva.