Una nueva investigación sobre la biomecánica de la dispersión explosiva de semillas en pepinos (Ecballium elaterium) revela cómo estas plantas han adaptado un conjunto de rasgos únicos que ayudan a impulsar sus semillas a alta velocidad a lo largo y ancho.
por la Sociedad de Biología Experimental
La dispersión de semillas se presenta de diversas formas, y se sabe mucho sobre la dispersión asistida por animales, viento y agua, pero se sabe menos sobre los mecanismos de dispersión autopropulsada de las plantas. Uno de ellos es la dispersión balística del pepino chorro, que utiliza explosiones de alta presión para expulsar sus semillas a gran velocidad a grandes distancias.
«Muchos factores deben interactuar perfectamente para dispersar las semillas de la manera más eficiente, sin destruir toda la planta demasiado pronto», dice Helen Gorges, estudiante de doctorado del Departamento de Morfología Funcional y Biomecánica del Instituto Zoológico de la Universidad de Kiel, Alemania.
Para reducir la competencia directa por espacio y recursos entre plantas progenitoras y descendientes, existe un impulso evolutivo que impulsa a las plantas a dispersar sus semillas lo más lejos posible. La investigación de Gorges tuvo como objetivo explorar los mecanismos que controlan la maduración del pepino y maximizar sus posibilidades de dispersión exitosa.
Gorges y su equipo utilizaron tomografía microcomputarizada para crear un modelo 3D de toda la fruta, así como imágenes micro-CT y videografía de alta velocidad para capturar la fruta en explosión con gran detalle.
«Grabamos la explosión de la fruta con videos de alta velocidad a 1000 y 10 000 fps para calcular la velocidad de las semillas y las posibles distancias de disparo», explica Gorges. «También analizamos imágenes durante la maduración de la fruta para medir la curvatura del pedúnculo y el ángulo entre la fruta y el pedúnculo».
Gorges y su equipo descubrieron que las semillas pueden alcanzar velocidades de hasta 47 kilómetros por hora y distancias de lanzamiento de hasta 12 metros. «Es sumamente interesante observar las explosiones mediante grabaciones de alta velocidad, ya que ocurren demasiado rápido para poder verlas en tiempo real», afirma Gorges.
Los experimentos también revelaron que el tallo de la fruta se endereza durante la maduración, creando un ángulo promedio de 53° que está cerca del ángulo perfecto teórico de 50° que maximizaría la distancia de disparo.
Además, el equipo descubrió que las semillas siempre salen del fruto en la misma dirección y producen una capa mucilaginosa cuando se mojan, que se convierte en un adhesivo cuando se seca y mejora las condiciones para la germinación.
Estos hallazgos tienen aplicaciones potenciales para sistemas de lanzamiento bioinspirados, como actuadores basados en hidrogel para herramientas médicas y microrrobots. «También existen numerosas aplicaciones en robótica blanda, sistemas de administración de fármacos y dispositivos similares, donde se buscan sistemas de lanzamiento energéticamente eficientes», afirma Gorges.
Esta investigación se presentará en la Conferencia Anual de la Sociedad de Biología Experimental en Amberes, Bélgica, el 8 de julio de 2025.
