Puede que recuerdes el meme del pepino fractal del divertido video sobre la «Aldea Cibernética Rusa». Pero, ¿sabías que en la naturaleza viva, en realidad, se encuentra una enorme cantidad de estructuras fractales, incluso en las plantas?
Un grupo internacional de investigadores estudió la estructura fractal de la coliflor Romanesco e identificó los genes subyacentes a su formación. Luego, los científicos modificaron los genes de la planta modelo Arabidopsis thaliana de acuerdo con el patrón de genes fractales identificado en la coliflor. Como resultado, la planta reprodujo patrones fractales similares, incluyendo fractales cónicos espirales.
La «col Romanesco» o «col romana» pertenece al mismo grupo varietal que la coliflor. Pero, a diferencia de su pariente, cada pella de «Romanesco» está compuesta por una serie de pellas más pequeñas que forman una espiral logarítmica y un patrón fractal. El número de espirales en una pella de «Romanesco» se describe mediante los números de Fibonacci. La división de cualquier número de esta secuencia por el número que le precede forma la proporción áurea.
La naturaleza de la aparición de un fractal natural de este tipo se ha convertido en objeto de un estudio minucioso por parte de botánicos y matemáticos. Ya en 1898, el científico alemán Wilhelm Hofmeister descubrió que la espiral de Fibonacci es la forma más eficiente de empaquetar hojas. A medida que la planta crece, cada brote u hoja subsiguiente se moverá radialmente hacia afuera a una velocidad proporcional a la tasa de crecimiento del tallo. La segunda hoja crecerá lo más lejos posible de la primera, y la tercera crecerá a la misma distancia de la primera y la segunda. La estructura reticular de la planta resultante de esta distribución se denomina «filotaxis».
Un grupo internacional de científicos estudió la estructura genética del «Romanesco» y estableció el mecanismo de aparición de fractales.
El tejido vegetal formador de las plantas (meristema) está compuesto por células no diferenciadas, a partir de las cuales se desarrollan las partes de la planta dispuestas en espiral. Resultó que, en el caso del «Romanesco», el meristema forma brotes que deberían convertirse en flores, pero en su lugar aparecen tallos. Estos tallos crecen sin hojas. En su lugar, desarrollan yemas de las que brotan nuevos tallos. Como resultado, se forma un patrón de tallos repetidos sobre otros tallos. La forma cónica del «Romanesco» se adquiere gracias a que los tallos iniciales crecen más rápido que sus yemas y tallos subsiguientes. Los autores del estudio sugirieron que este mecanismo apareció como resultado de la domesticación de la variedad.
El siguiente paso de los investigadores fue la búsqueda de los genes responsables de estos procesos. En particular, los científicos se concentraron en el estudio del meristema. Los resultados de las investigaciones mostraron que precisamente el meristema es responsable de la formación de los fractales cónicos en el «Romanesco». El meristema, en última instancia, no forma flores, pero desarrolla temporalmente los tejidos como si de ellos debieran aparecer brotes. En un momento determinado, el programa cambia, y de los brotes se desarrollan tallos. Una mutación en cuatro genes (designados con las iniciales S, A, L y T), presente en el «Romanesco», en un momento dado estimula el crecimiento del meristema y del tallo central respectivamente, gracias a lo cual se forman las estructuras cónicas.
Esta hipótesis encontró confirmación durante las pruebas en la planta modelo Arabidopsis thaliana. Los investigadores modificaron los genes clave de la planta de acuerdo con la secuencia presente en el «Romanesco». Como resultado, la Arabidopsis comenzó a adoptar formas cónicas, similares a los fractales de la col romana. Los autores señalaron que para esto no fue necesario cambiar sustancialmente la genética de las plantas.
Foto BlueRidgeKitties. Licencia CC BY-NC-SA 2.0.
Los investigadores sugieren que pueden existir otras mutaciones responsables de la fractalidad de las plantas con flores. Planean investigar esto en futuros estudios.
Fuentes
- Los materiales de la investigación fueron publicados en el artículo «Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks» en la revista Science (DOI: 10.1126/science.abg5999).
- Autor de la nota: Ekaterina Khananova, editora de Habr. Nota complementada por el editor de Klumba.org