Las manzanas son una de las frutas más antiguas y populares del mundo. Pero, ¿alguna vez has pensado realmente en la forma de una manzana? La manzana es relativamente esférica excepto por ese distintivo hoyuelo en la parte superior donde crece el tallo.
¿Cómo crecen las manzanas con esta forma distintiva?
Ahora, un equipo de matemáticos y físicos ha utilizado observaciones, experimentos de laboratorio, teoría y computación para comprender el crecimiento y la forma de la cúspide de una manzana.
El artículo fue publicado en Física de la naturaleza.
L. Mahadevan, profesor de matemáticas aplicadas, biología orgánica y evolutiva y física en Harvard John A. Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) y autor principal del estudio. «Estos puntos focales a veces pueden tomar la forma de singularidades donde se identifican deformaciones. Un ejemplo aparece en todas partes en la cúspide de la manzana, el hoyuelo interior donde el tallo se encuentra con la fruta».
Mahadevan ya había desarrollado una teoría simple para explicar la forma y el crecimiento de las manzanas, pero el proyecto comenzó a dar frutos cuando los investigadores pudieron vincular observaciones de manzanas reales en diferentes etapas de crecimiento y experimentos de gelatina para imitar el crecimiento junto con la teoría y los cálculos.
El equipo de investigación comenzó recolectando manzanas en diferentes etapas de crecimiento de un huerto en Peterhouse College, Universidad de Cambridge en el Reino Unido (madre del famoso amante de las manzanas, Sir Isaac Newton).
Usando esas manzanas, el equipo trazó un mapa del crecimiento del hoyuelo, o joroba, como lo llamaron, a lo largo del tiempo.
Para comprender la evolución de la forma de la manzana y la parte superior en particular, los investigadores recurrieron a una teoría matemática de larga data conocida como teoría de la singularidad. La teoría de la singularidad se utiliza para describir una variedad de fenómenos diferentes, desde agujeros negros hasta ejemplos más comunes, como patrones de luz en el fondo de una piscina, desintegración de gotas y propagación de grietas.
«Lo emocionante de las singularidades es que son universales. No hay nada en común entre las plumas de las manzanas y los patrones de luz en una piscina, o una gota que se separa de una columna de agua, pero adquiere la misma forma que tú». él dijo. Thomas Michaels, ex becario postdoctoral de SEAS y coautor principal del artículo, se encuentra ahora en el University College London. «El concepto de universalidad es muy profundo y puede ser muy útil porque relaciona fenómenos individuales observados en sistemas físicos muy diferentes».
Sobre la base de este marco teórico, los investigadores utilizaron simulaciones numéricas para comprender cómo el crecimiento diferencial entre la cáscara y la pulpa de la fruta impulsa la formación de la punta. Luego confirmaron las simulaciones con experimentos que simulaban el crecimiento de la manzana usando un gel que se hinchaba con el tiempo. Los experimentos mostraron que las diferentes tasas de crecimiento entre la mayor parte de la manzana y el área del tallo daban como resultado una protuberancia en forma de hoyuelo.
«Ser capaz de controlar y reiniciar la formación de un solo porche en el laboratorio utilizando un simple juego de herramientas físicas fue particularmente emocionante», dijo Aditi Chakrabarti, becario postdoctoral de SEAS y coautor del artículo de investigación. “La diversidad de geometría y composición de los gelatinosos mostró cuántos balcones se forman, como se ve en algunos tipos de manzanas y en otros, como melocotones, albaricoques, cerezas y ciruelas”.
El equipo descubrió que la anatomía básica de la fruta junto con la inestabilidad mecánica pueden desempeñar funciones conjuntas al causar las numerosas cúspides de la fruta.
“La morfología, literalmente el origen de la forma, es una de las grandes preguntas de la biología”, dijo Mahadevan. «La forma de la humilde manzana nos ha permitido investigar algunos de los aspectos físicos de la singularidad biológica. Por supuesto, ahora necesitamos comprender los mecanismos moleculares y celulares detrás de la formación de la punta, a medida que avanzamos lentamente hacia una teoría más amplia de la singularidad biológica. «
Esta investigación fue escrita en coautoría por Sifan Yin, un estudiante visitante de la Universidad de Tsinghua, y Eric Sun, un ex estudiante de pregrado en el laboratorio.
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