Cómo la coliflor obtuvo sus fascinantes fractales

Primer plano de coliflor romanesco. Crédito: Rum Bucolic Ape/Flickr

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

Los fractales fueron descritos matemáticamente por primera vez por el matemático polaco Benoit Mandelbrot en la década de 1970. Su característica definitoria es tener el mismo grado de irregularidad en todas las escalas mirando de cerca o en su totalidad. También son complicados e irregulares. Las nubes, las montañas, las costas, las plantas de coliflor e incluso las galaxias son ejemplos de fractales naturales.

Una pequeña parte de una nube es sorprendentemente similar a todo. Un pino se compone de ramas que se componen de ramas que a su vez se componen de ramas. Y una pirámide de coliflores romanesco Los cogollos se acumulan a lo largo de interminables espirales, acomodando cogollos más pequeños que tienen la misma geometría y así sucesivamente. Entiendes la idea.

Si cuenta las espirales en una coliflor romanesco y Etienne Farcot, actualmente profesor asistente de matemáticas en la Universidad de Nottingham, hizo que los valores tenderán a ser los de la secuencia de Fibonacci, donde el siguiente número en la secuencia es la suma de los dos números anteriores antes de él. La coliflor típica tiene cinco espirales que crecen en sentido horario y ocho en sentido antihorario, por ejemplo.

Cinco espirales en el sentido de las agujas del reloj en una coliflor (izquierda) y ocho espirales en el sentido contrario a las agujas del reloj en la misma planta. Crédito: Étienne Farcot.

Farcot se asoció con Franois Parcy, genetista del CNRS en Francia, y Christophe Godin, experto en modelado de plantas e informática del Instituto Francés de Ciencias Computacionales y Matemáticas, para investigar por qué este fascinante repollo desarrolla sus brotes fractales.

Después de años de cuidadosos análisis matemáticos y genéticos, así como de modelos informáticos, los investigadores concluyeron que las inusuales espirales son el resultado de que la coliflor intentaba hacer crecer flores y fallaba en el proceso.

La coliflor tiene células indiferenciadas en sus puntas ramificadas que se dividen y quieren desarrollarse en otros órganos. Estas células producen capullos que deberían convertirse en flores, pero terminan produciendo más capullos, que hacen sus propios capullos y así sucesivamente. Esto puede deberse a una mutación autoseleccionada durante la domesticación de la coliflor silvestre.

Este proceso autorrepetitivo ocurre temprano en el desarrollo de las plantas 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 se activan o desactivan en momentos específicos.

Para validar esta teoría, los investigadores diseñaron dos modelos matemáticos. Uno describe la formación de las espirales que se ven en las grandes plantas de coliflor. El otro describe la red de genes en Arabidopsis , una planta relacionada de la misma familia con la coliflor y una de las plantas más estudiadas desde el punto de vista genético.

Después de algunas pruebas y errores, los investigadores lograron reproducir plantas de coliflor y romanesco en sus computadoras exactamente como se ven en la vida real. Además, modificaron el crecimiento de la planta mutante de coliflor Arabidopsis, convirtiéndola efectivamente en un romanesco en miniatura.

Es increíble lo compleja que es la naturaleza. La próxima vez que cene coliflor, tómese un momento para admirarla antes de comerla, dijo Farcot.

Los hallazgos fueron descritos en la revista Science .

"