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Cómo la coliflor obtuvo sus deliciosos fractales

Primer plano de coliflor romana. Crédito: Rom Bukolik Monkey / Flickr

Durante al menos dos mil años, los seres humanos han observado que a muchas plantas les crecen hojas o flores en forma de espiral. Algunas de estas plantas, como el brócoli, van un paso más allá, cultivando caracoles en patrones que se repiten a sí mismos, conocidos como fractales. Los patrones resultantes son fascinantes e intrigantes, lo que plantea la pregunta: ¿Por qué la coliflor y otras plantas fractales crecen así? Los investigadores franceses del CNRS hicieron esta pregunta exacta e identificaron un mecanismo genético subyacente que produce la geometría fractal.

Los fractales fueron descritos matemáticamente por primera vez por el matemático nacido en Polonia Benoit Mandelbrot en la década de 1970. Su característica definitoria es tener el mismo grado de irregularidad en todas las escalas: mirar de cerca o mirar todo. También es complejo e irregular. Las nubes, las montañas, las costas, la coliflor e incluso las galaxias son ejemplos de fractales naturales.

Una pequeña parte de la nube es sorprendentemente similar a todo. Un pino está formado por ramas que están formadas por ramas, que a su vez están formadas por ramas. Los brotes piramidales de la coliflor romana se acumulan a lo largo de espirales sin fin, acomodando brotes más pequeños de la misma geometría y así sucesivamente. Encontraste la idea.

Si cuentas las espirales de una coliflor romana, y Etienne Farcote, profesor asistente de matemáticas en la Universidad de Nottingham ahora lo hace, los valores tienden a ser los de la secuencia de Fibonacci, donde el siguiente número de la secuencia es la suma de los dos que lo preceden. Una coliflor típica tiene cinco espirales que crecen en el sentido de las agujas del reloj y ocho en sentido contrario, por ejemplo.

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Cinco espirales en sentido horario en la coliflor (izquierda) y ocho espirales en sentido antihorario en la misma planta. Crédito: Etienne Farcote.

Farco se asoció con François Barsi, un genetista del Centro Nacional de Investigación Científica en Francia, y Christophe Godin, un experto en modelado de plantas y ciencias de la computación en el Instituto Francés de Ciencias Computacionales y Matemáticas, para investigar por qué este repollo notable desarrolla su fractal. yemas.

Después de años de cuidadosos análisis matemáticos y genéticos, así como de modelos informáticos, los investigadores han llegado a la conclusión de que los caracoles inusuales son el resultado de que el brócoli intenta hacer crecer las flores y fracasa en el proceso.

La coliflor tiene células indiferenciadas en sus puntas ramificadas que se están dividiendo y quieren convertirse en otros órganos. Estas células producen cogollos que deberían florecer, pero terminan produciendo más cogollos, que producen sus propios cogollos, etc. Esto puede deberse a una mutación autoseleccionada durante la domesticación de la coliflor.

Este proceso de autorreplicación ocurre temprano en el desarrollo de la planta y se debe a la acción de cuatro genes que forman una compleja “red de genes”. En esta red, la expresión de los cuatro genes cambia constantemente de modo que algunos de ellos se encienden o apagan en momentos específicos.

Para validar esta teoría, los investigadores construyeron dos modelos matemáticos. Uno describe la formación de caracoles que aparecen en grandes plantas de coliflor. El otro describe la red genética en Arabidopsis, planta de la misma familia que la coliflor y una de las más estudiadas desde el punto de vista genético.

Después de algunas pruebas y errores, los investigadores pudieron reproducir plantas de brócoli y romanesco en sus computadoras exactamente como se ven en la vida real. Además, modificaron el crecimiento de Arabidopsis mutante de brócoli, transformándolo efectivamente en Romanesco en miniatura.

“Es asombroso lo intrincada que es la naturaleza. La próxima vez que coma brócoli para la cena, tómese un momento para disfrutarlo antes de comerlo”, dijo Farcott.

Los resultados se describen en la revista Ciencias.

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