Los zarcillos de la planta de pepino se retuercen debido a una contracción asimétrica de una cinta de fibra interna de células especializadas, lo que hace que se agreguen bucles cuando se separan en lugar de desenrollarse.
Introducción
En lugar de gastar la energía para construir troncos masivos como lo hacen los árboles, las plantas trepadoras, como la hiedra trepando una casa vieja, "toman prestada" la altura de los vecinos, aferrándose a ellos y arrastrándose hacia el cielo. Las plantas de pepino, por ejemplo, desarrollan zarcillos que giran en círculos hasta que atrapan algo que pueden escalar.
“El zarcillo golpea algún objeto, y rápidamente se enrosca y lo agarra con firmeza. En el transcurso de algunas horas se contrae en una aguja, arrastrando el tallo y formando un excelente manantial”, escribió el naturalista Charles Darwin.
Hace tiempo que se sabe que esto es lo que hacen los zarcillos. Pero lo que no se ha entendido es cómo lo hacen.
La estrategia
Una vez que se adjunta un objeto, un zarcillo de pepino se enrolla para crear un punto de transición en el medio, con espirales de manos opuestas, o , encima y por debajo. Este enrollamiento ayuda a acortar el zarcillo y levantar la planta hacia el punto de unión.
Los científicos de la Universidad de Harvard decidieron desentrañar el misterio separando un zarcillo. Cuando separaron los dos extremos, esperaban que se desenrollara y se aplanara. El giro de la trama fue que separar los dos extremos en realidad agregó giros, el primer ejemplo conocido de un resorte "sobrebobinado".
Para comprender por qué los zarcillos se enroscaban más bajo tensión, los científicos analizaron sus estructuras y encontraron cintas de fibra relativamente planas en su interior. Estas cintas de fibra están hechas de dos capas de células que contienen lignina, un compuesto orgánico rígido . Además, la capa interior tiene más lignina que la exterior, lo que la hace más rígida.
La imagen superior muestra un rollo de pepino intacto y la inferior muestra la cinta de fibra extraída del zarcillo. Ambos responden a la tensión sobrebobinando, es decir, aumentando el número de bobinas.
Un zarcillo de pepino en acción.
Estos resultados mostraron que a medida que crece una cinta, se contrae asimétricamente. En otras palabras, la banda interior más rígida se acorta en relación con el exterior, tirando de la cinta (y, por lo tanto, del zarcillo que la rodea) en una coleta. o espiral.
Se desconoce el mecanismo exacto de esta contracción asimétrica, pero se planteó la hipótesis de que el agua juega un papel. La lignina es hidrófoba (lo que significa que repele el agua). A medida que crecen los zarcillos, la lignina se acumula en mayores cantidades dentro de la capa interior de las células. Los científicos creen que la lignina hidrófoba expulsa más agua del interior de las células, desinflamándolas y acortándolas en relación con las células exteriores.
También creen que la rigidez diferencial de las capas celulares permite que la hélice se tuerza mientras resiste la flexión. Para modelar las dos capas de células dentro de las cintas de fibra, agregaron materiales con diferentes rigideces dentro y fuera de un resorte de silicona. Cuando tiraron de los dos extremos del resorte modelo, se comportó exactamente como lo hicieron los zarcillos de pepino reales, enrollándose demasiado y agregando más vueltas. Como resultado, concluyeron que la mayor rigidez a la flexión de los zarcillos de pepino en relación con su rigidez a la torsión les hace resistir el aplanamiento mientras agregan giros para compensar la tensión.
Sin embargo, cuando se aplica suficiente fuerza, un zarcillo de pepino eventualmente se desenrollará. Este desenrollado de segunda etapa es en realidad una respuesta más fuerte a una tensión más alta en comparación con el desenrollado excesivo.
Las posibilidades
Los científicos llamaron resortes "autoadaptativos" a los zarcillos de pepino debido a su doble respuesta a la tensión. Dado que los resortes son como baterías para la energía mecánica, los resortes inteligentes y los resortes enrollables podrían ayudarnos a almacenar energía de nuevas formas.
Las aplicaciones de esta estrategia podrían conducir a robots trepadores o amortiguadores eficientes para la estabilidad de las estructuras dañadas. Podrían usarse para alterar el área de la superficie para la recolección selectiva de aceites, tintes, contaminantes o incluso microorganismos dañinos.
