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Una pequeña y extraña calabaza llamada pepino chorreante tiene una estrategia reproductiva explosiva que ha intrigado a los naturalistas desde los días del Imperio Romano. Los pepinos arrojan sus semillas a distancias cientos de veces su longitud, y ahora los científicos saben cómo lo hacen las plantas.
Un pepino en acción es un espectáculo extraordinario, pero si parpadeas, es posible que te lo pierdas: la erupción dura aproximadamente 0,03 segundos (30 milisegundos). Cuando está madura, la fruta verde peluda mide aproximadamente 4 centímetros (1,6 pulgadas) de largo. Al caer de un tallo, lanza una fuente de semillas y un líquido pegajoso a una velocidad de aproximadamente 45 millas por hora (20 metros por segundo), y las semillas alcanzan distancias de aproximadamente 33 pies (10 metros).
Los pepinos chorreantes, también conocidos con el nombre científico de Ecballium elaterium, se encuentran en todo el Mediterráneo y Europa, y en partes del norte de África, Australia, Asia y América del Norte. Son miembros de la familia de las calabazas (Cucurbitaceae) y parientes de los calabacines, calabazas y calabazas, pero sus chorros de semillas son únicos en el grupo y raros entre las plantas.
El antiguo naturalista romano Plinio el Viejo (23 a 79 d. C.) fue el primero en describir cómo se arrojaban pepinos a chorros, advirtiendo que “la semilla sale a borbotones, poniendo en peligro incluso los ojos”. Los estudios realizados en el siglo XIX proporcionaron pistas sobre el sistema de lanzamiento interno de alta presión de los pepinos, pero hasta ahora, los detalles de sus brotes de semillas no se entendían bien.
Las semillas de un pepino que chorrea pueden alcanzar distancias de aproximadamente 33 pies de distancia de la planta madre. -Dominic Vella
Recientemente, los investigadores dejaron al descubierto este misterio balístico. Utilizaron videos de alta velocidad, fotografías a intervalos, tomografías computarizadas y reconstrucciones digitales en 3D para analizar los pepinos que salían a chorros antes, durante y después de un chorro y crearon modelos matemáticos para describir las erupciones similares a géiseres de las frutas.
Sus hallazgos, publicados el lunes en la revista Actas de la Academia Nacional de Cienciasexplica que el mecanismo de chorro es más complejo que una simple acumulación de líquido y liberación de presión interna. Según el estudio, junto con la ingurgitación del pepino, otros cambios físicos en la planta antes y durante la explosión determinaron el ángulo, la altura y la distancia de una exitosa expulsión de semillas.
«Es una idea nueva que la dispersión óptima de semillas no se trata sólo de generar la mayor presión en la fruta», dijo la Dra. Angela Hay, líder del grupo de investigación en el Instituto Max Planck para la Investigación en Mejoramiento Vegetal en Colonia, Alemania. Hay ha escrito anteriormente sobre dispersión explosiva de semillas pero no participó en la nueva investigación.
Más bien, dijo Hay a CNN en un correo electrónico, el estudio sugiere que el lanzamiento de semillas más efectivo depende de un equilibrio entre la presión de la acumulación de fluido y otros cambios distintos que preparan la fruta para ese momento eruptivo.
‘Un pequeño chorrito’
El coautor del estudio, el Dr. Derek Moulton, profesor de matemáticas aplicadas en la Universidad de Oxford en el Reino Unido, conoció el pepino en el verano de 2022 por el autor principal del estudio, el Dr. Chris Thorogood, subdirector y jefe de ciencia del Oxford Botanic. Jardín y Arboreto.
«Hemos trabajado juntos en otros proyectos y tenemos una muy buena relación de colaboración», dijo Moulton a CNN en un correo electrónico. “Me muestra una planta que hace algo interesante y luego trato de usar las matemáticas para comprender algún aspecto”.
Thorogood llevó a Moulton y a otros investigadores a ver pepinos arrojados a chorros en el jardín de Oxford, asegurándoles que las sencillas calabazas eran más extrañas de lo que parecían. Cuando estaban maduros, todo lo que hacía falta era un toque para activar su lanzamiento de alta potencia.
“Se inclinó y le dio un apretón, y se podía escuchar un pequeño chorro, pero no pudimos ver que sucediera nada, fue demasiado rápido”, dijo Moulton. “Así que llevamos algunas frutas al laboratorio, donde filmamos la expulsión con cámaras de alta velocidad. Fue asombroso. Estábamos enganchados y queríamos entenderlo”.
Los vídeos de alta velocidad de los pepinos fueron sólo el comienzo. Los investigadores utilizaron tomografías computarizadas para estudiar la disposición interna de las semillas, probaron la rigidez de las partes de las plantas y capturaron videos en intervalos de tiempo en los días previos al lanzamiento de las semillas para rastrear los cambios físicos en los tallos y frutos. Con modelos matemáticos basados en sus datos, los científicos crearon simulaciones de semillas que emprenden vuelo y predijeron dónde aterrizarían.
«Nuestro marco matemático surgió de pensar en la física del proceso, tanto antes como durante la eyección de la semilla, e incluyó descripciones matemáticas tanto de la fruta como del tallo y cómo interactúan», dijo Moulton.
Levantar y girar
Días antes del lanzamiento de las semillas, sucedían muchas cosas dentro de los pepinos, observaron los investigadores. A medida que los frutos se hinchaban con líquido, parte de ese líquido también fluía hacia el tallo, espesándolo y endureciéndolo de modo que la fruta colgante se elevaba desde una posición colgante casi vertical hasta un ángulo de aproximadamente 45 grados. Según el estudio, lanzar chorros desde este ángulo, en lugar de hacia arriba, es una mejor estrategia para la planta, ya que le permite escupir las semillas más lejos.
Los científicos también vieron que el tallo le daba un giro a la fruta cuando se desprendía, alejándose de la fruta. Sus modelos demostraron que este giro dispersaría las semillas en un arco más amplio.
«No basta con tirar las semillas lejos; también hay que esparcirlas bien si se quiere aumentar la probabilidad de que algunas de ellas sobrevivan para producir nuevas plantas», dijo Moulton. “Existe toda esta orquestación de actividades que contribuye al destino de las semillas. Y dado que todos esos detalles vivían en nuestro modelo matemático, pudimos mostrar cuán fino está Ecballium para una dispersión exitosa”.
Miembro de la familia de las calabazas, la fruta verde peluda mide aproximadamente 1,6 pulgadas de largo cuando está madura. – Chris Thorogood
Los científicos a menudo buscan organismos modelo (ciertas especies que están bien estudiadas) para responder preguntas biológicas. Pero también hay mucho que aprender al estudiar los valores atípicos que reciben menos atención, como el pepino que arroja chorros, dijo Hay.
«Muchos rasgos interesantes no se encuentran en los organismos modelo», dijo. «Este documento muestra cómo podemos aprender de la diversidad».
El nuevo estudio también ilustra que, aunque las plantas normalmente no ocupan un lugar central en cuanto a comportamientos extraños, aún pueden demostrar «algunas hazañas bastante sorprendentes», dijo Moulton.
«¿Cuántas personas han asociado alguna vez los pepinos con movimientos rápidos?» preguntó. «Me sentí muy feliz de poder descubrir algo sobre el mecanismo de este pequeño y fascinante pepino».
Mindy Weisberger es una escritora científica y productora de medios cuyo trabajo ha aparecido en las revistas Live Science, Scientific American y How It Works.
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