¿Alguna vez te has preguntado cómo la delicada raíz de una planta puede abrirse paso a través del suelo duro? Es una proeza de ingeniería que ocurre bajo nuestros pies.
por James Le Houx, Siul Ruiz
Comprender este proceso es más importante que nunca, ya que nos enfrentamos a sequías cada vez mayores y a la compactación de las tierras de cultivo, lo que amenaza nuestra seguridad alimentaria. Esta compactación, a menudo causada por el peso de la maquinaria agrícola pesada, dificulta considerablemente el acceso de las raíces al agua y los nutrientes que necesitan.
Nuestra reciente investigación publicada en npj Biological Physics and Mechanics ofrece una visión de la poderosa mecánica que utilizan las raíces para atravesar suelos duros e incluso fracturar tiza sólida.
Piense en ello como una visión de rayos X, escudriñando la vida secreta de las raíces.
El crecimiento de las raíces crea canales, conocidos como bioporos , que mejoran el drenaje del agua, permitiendo que el aire y el agua penetren más profundamente en el suelo. Los bioporos también sustentan ecosistemas microbianos esenciales, como bacterias y hongos que interactúan con las plantas, muchos de los cuales requieren el oxígeno que proporcionan estos espacios de aire.
Para ver qué sucede a esta escala diminuta, no pudimos simplemente desenterrar una planta. Llevamos nuestro experimento a la Fuente de Luz Diamond en el Reino Unido.
Esta instalación científica alberga un sincrotrón, un tipo de acelerador de partículas que funciona como un microscopio superpotente. Produce rayos X 10 mil millones de veces más brillantes que la luz del sol. Enfocamos estos rayos X en un modelo de raíz artificial, lo que nos permitió realizar mediciones controladas.
Primero, para observar la forma del suelo, utilizamos imágenes de rayos X 3D, que funcionan como una tomografía computarizada médica , para crear imágenes detalladas de la estructura del suelo alrededor de la raíz modelo. Esto nos permitió observar cómo los diminutos granos y poros del suelo se comprimían y desplazaban.
Pero para medir las fuerzas invisibles en juego, necesitábamos una técnica diferente llamada difracción de rayos X enfocada. Medir estas diminutas fuerzas dentro de un conjunto de granos de suelo normales es imposible.
Para solucionar esto, creamos un suelo sustituto a partir de yeso, un mineral con una estructura cristalina natural perfectamente ordenada . Cada cristal del suelo actúa como un diminuto resorte medible. Cuando la raíz modelo se introduce en el suelo, estos «resortes» se comprimen o estiran. La difracción de rayos X puede detectar estos diminutos cambios.
Este enfoque, que consiste en observar el cambio de estructura del suelo y mapear las fuerzas que actúan dentro de él, nunca se había utilizado antes para este tipo de problema.
Nuestro experimento funcionó sosteniendo una raíz modelo, hecha de un plástico especial y resistente, en una posición fija, mientras una plataforma impulsada por motor empujaba la muestra de suelo hacia arriba dentro de ella.
Como esperábamos, las imágenes 3D mostraron una zona de compresión formándose alrededor de la punta de nuestra raíz modelo. Las partículas de suelo se compactaban y los diminutos poros, o bolsas de aire, se reducían. Esta compactación es, de hecho, el primer paso para crear una vía de paso duradera a través del suelo.
Los mapas de fuerza de las mediciones de difracción de rayos X revelaron algo sorprendente. Al penetrar la raíz modelo, observamos signos de acumulación de tensión en los cristales del suelo cerca de la punta. Pero a medida que penetraba más profundamente, hasta unos 8 milímetros, la tensión en los cristales más cercanos a la punta pareció disminuir, a pesar de que la fuerza total necesaria para empujar el cono aumentó.
Para comprender por qué sucedía esto, creamos una simulación por computadora del experimento. La simulación confirmó nuestra teoría: el material había comenzado a ceder y a deformarse permanentemente. En esencia, el suelo dejó de actuar como un resorte comprimido y empezó a comportarse como plastilina, manteniendo su nueva forma y forjando el nuevo canal, que resistirá incluso en condiciones duras y secas.
Por primera vez, nuestro método nos permitió mapear el límite de esta «zona plástica» en el suelo. Observamos que comenzó como una pequeña región justo en la punta y luego se expandió a medida que la raíz del modelo se profundizaba, mostrando hasta qué punto la raíz alcanzaba el suelo circundante.
En esta zona, las partículas de suelo podrían estar rompiéndose o reorganizándose en nuevas configuraciones más pequeñas. Esta reorganización puede provocar una relajación de la tensión elástica dentro de los cristales, incluso cuando la estructura general se encuentra bajo gran presión. Esto no significa que sea más fácil atravesar el suelo. Nuestras mediciones mostraron que la fuerza total necesaria para avanzar la raíz del modelo continuó aumentando, incluso a medida que esta zona plástica crecía.
En lugar de simplemente empujar la tierra a un lado, una raíz ejerce presión en su punta, lo que hace que la tierra ceda y fluya a su alrededor, una forma mucho más eficiente de penetrar el suelo duro.
Del laboratorio al campo del agricultor
Este nuevo método de investigación abre la puerta al estudio de la interacción de las raíces de las plantas con el suelo con un detalle sin precedentes. Podemos empezar a responder preguntas como «¿cómo las diferentes formas de las raíces favorecen a algunas plantas en suelos duros?».
Comprender la ingeniería subterránea tiene implicaciones prácticas. Los agricultores suelen recurrir al arado para romper la superficie del suelo y poder sembrar. Sin embargo, esto consume mucha energía, es costoso para el agricultor y puede perjudicar la salud del suelo a largo plazo al aumentar la erosión y liberar el carbono almacenado a la atmósfera.
La identificación de las características de las raíces que se destacan en estas condiciones compactadas podría ayudar a los fitomejoradores a desarrollar variedades de cultivos que sean más resistentes a la sequía y requieran menos preparación del suelo.
Comprender cómo las raíces modifican su entorno puede contribuir a los proyectos de reforestación para revitalizar zonas sobreexplotadas. Por ejemplo, los conservacionistas podrían usar estos conocimientos para seleccionar plantas nativas con potentes características radiculares que actúen como cultivos pioneros. Sus raíces romperían la tierra compactada, creando nuevos canales para el agua y allanando el camino para el regreso de un ecosistema más rico.
Mirar el mundo que está debajo de nosotros puede ayudarnos a aprender cómo asegurar nuestro suministro de alimentos y regenerar nuestro planeta.
Más información: James Le Houx et al., La difracción de rayos X acoplados revela la mecánica del suelo durante el crecimiento radicular análogo, npj Biological Physics and Mechanics (2025). DOI: 10.1038/s44341-025-00021-7
