¿Cómo se asigna el carbono en una planta? La respuesta a esa pregunta podría depender de la escala que estés mirando. En el pasado, eso ha significado que la respuesta depende de alguna manera de cómo se hace la pregunta. MuSCA, un modelo de asignación de carbono fuente-sumidero a múltiples escalas producido por Francesco Reyes y colegas, es un nuevo modelo que puede funcionar a múltiples escalas.

¿Por qué necesitaría un modelo, cuando puede mirar una planta real? Como explicó Francesco Reyes, el modelo sirve para ver si entiendes lo que está pasando en una planta. “Los modelos de plantas son representaciones simplificadas de algunas características o funcionamiento de las plantas. Los alcances de estos modelos pueden ser verificar si nuestro conocimiento sobre el funcionamiento de la planta es consistente con la realidad y predecir las respuestas de la planta en respuesta a condiciones ambientales y manejo variables. Al representar una planta en un modelo, puede optar por describir la planta en una resolución más alta o más baja. La estructura de la planta se puede describir de forma tan aproximada como, por ejemplo, una secuencia del eje principal o con mayor detalle, por ejemplo, identificando cada hoja, entrenudo o fruto”.

“A pesar de varios modelos de asignación de carbono que existen en la literatura, cada uno de ellos representa la estructura de la planta de manera diferente. Ahora, los resultados del modelo de planta están influenciados tanto por la forma (de manera simplista, la "resolución") en la que se describe la estructura de la planta como por la descripción de los procesos fisiológicos. El modelo de asignación de carbono de múltiples escalas que creamos nos permite desentrañar los efectos debido a estos dos factores. Esto se debe a que nos permitirá usar el mismo conjunto de reglas fisiológicas mientras describimos la misma planta en diferentes escalas espaciales, definidas por el usuario”.

La escala puede ser importante, ya que los detalles tienen un costo en tiempo computacional. El Dr. Reyes dijo que MuSCA le permite al usuario evaluar mejor cuánto detalle necesita. “La topología de la planta se discretiza recientemente en función de las reglas proporcionadas por el usuario para agrupar metámeros de plantas en otros más gruesos (por ejemplo, eje principal o brotes, …). A esto le sigue un nuevo cálculo de las distancias entre los componentes de la planta recién definidos, que se utilizarán para calcular el movimiento de carbono desde las hojas hasta los otros órganos”.

Cambiar entre una escala y otra no es sencillo, y el modelo requirió bastante trabajo para hacerlo confiable. “Los primeros resultados fueron bastante diferentes a los finales. Tomó mucho trabajo obtener un modelo que representara consistentemente la asignación de carbono en diferentes escalas espaciales. Las interacciones entre la discreción de una topología de planta y las reglas de flujo de carbono no son triviales”.

El resultado del ajuste significa que el modelo está configurado para replicar una variedad de manzana en particular, pero es flexible, dijo el Dr. Reyes. “El modelo está calibrado para el cultivo de manzano fuji, pero su estructura y módulos no son específicos de especie. Es suficiente recalibrar algunos módulos (principalmente curvas de crecimiento potencial máximo y fotosíntesis) para adaptarlo a una especie de árbol diferente. El modelo es totalmente independiente de la planta individual. La estructura de la planta individual, las distribuciones de frutas y hojas son entradas, y el modelo opera sobre ellas para producir una salida”.

Si bien el modelo es principalmente para fines de investigación, puede usarse para responder preguntas sobre la influencia de la distribución de frutos en un árbol en el tamaño de su cosecha, lo que puede ser muy importante para un productor.

“En un sentido amplio, este modelo nos hace reflexionar sobre el hecho fundamental de que, como cualquier modelo es una simplificación de la realidad, ningún modelo es nunca completamente correcto”, dijo el Dr. Reyes. “Simplificaciones incorrectas o excesivas de la realidad en modelos mentales (o matemáticos) pueden conducir a distorsiones importantes en la forma en que podemos interpretar e interactuar con el mundo real”.

“Este modelo puede ayudar a la comunidad de investigación a definir pautas para la representación de estructuras de plantas en el dominio de modelado de plantas fuente-sumidero. Cuestiones como la forma en que la topología de la planta específica puede interactuar con la elección de una escala espacial específica también pueden conducir a una investigación relevante”.

Sin embargo, la investigación también puede tener una relevancia mucho más allá de la botánica, dijo el Dr. Reyes. “El formalismo de múltiples escalas para volver a discretizar la topología de la planta y evaluar las distancias entre los componentes topológicos, que aquí se usa para el movimiento del carbono, también se puede usar en otros dominios (p. ej., ¿logística?) ya que está relacionado con una estructura topológica general, y no necesariamente a una planta.”

"Es una locura viajar a través de una estructura de planta teórica gobernada por reglas matemáticas no lineales mientras se cuestiona si la planta realmente se comportaría de la misma manera en la realidad", dijo el Dr. Reyes. Otros investigadores que deseen trabajar con el modelo deberían poder hacerlo con un poco de capacitación, agregó.