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Imagínese felizmente abriéndose camino a través de un tazón grande lleno de pistachos semiabiertos. No hay parada. Quitas las cáscaras y comes las nueces y todo está bien hasta las últimas. Los que no se abren fácilmente. Cuando agarra un pistacho que está firmemente cerrado, piensa para sí mismo que no podrá abrirlo. Hay una buena razón por la que es un hueso tan duro de roer y los investigadores lo han descubierto.

La representación de un artista muestra celdas entrelazadas en 3D con forma de rompecabezas en cáscaras de nuez (izquierda) y pistacho (derecha). Crédito de la imagen: los investigadores

El pistacho ( Pistacia vera ), miembro de la familia de los anacardos, es un pequeño árbol originario de Asia Central y Oriente Medio. El árbol produce semillas que se consumen ampliamente como alimento en todo el mundo. En 2019, la producción mundial de pistachos fue de alrededor de 0,9 millones de toneladas, con Irán y Estados Unidos como principales productores.

Si bien son deliciosos, sus caparazones pueden ser difíciles de abrir. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Recursos Naturales y Ciencias de la Vida de Viena ha estudiado esto con un detalle sin precedentes. Según su estudio, las nueces están encerradas en una estructura microscópica de células entrelazadas tan estrechamente unidas que nunca se sueltan. En pocas palabras, la estructura celular del pistacho lo convierte en un material muy resistente.

Estos tejidos logran un santo grial de la ciencia de los materiales, dijo a Science Naomi Nakayama, una bioingeniera del Imperial College London que no participó en el estudio. Los materiales rígidos como el vidrio tienden a romperse fácilmente, mientras que los más resistentes son más flexibles. Pero estas [carcasas] han logrado rigidez y dureza en combinación, dijo Nakayama.

Los investigadores pasaron años analizando la biomecánica de las cáscaras de pistacho para comprender qué las hace tan difíciles de romper. En un estudio anterior, descubrieron el secreto de las cáscaras de nuez: células en forma de rompecabezas en 3D con lóbulos entrelazados. El año pasado descubrieron que las células de las cáscaras de los pistachos también tienen esos lóbulos, lo que despertó su curiosidad.

La mayoría de las cáscaras de nuez tienen varios tipos de células, pero las nueces y los pistachos solo tienen un tipo. Para averiguar qué tan resistentes son estas células, los investigadores llevaron a cabo un experimento, observando fragmentos rotos de cáscaras de nueces y pistachos a nanoescala. Utilizaron equipos de última generación, incluidos microscopios infrarrojos y escáneres de tomografía computarizada micro para observar la esencia de la cáscara de pistacho.

Los pistachos se recolectaron en junio y septiembre de 2019 en Kerman, Irán. Las nueces se cosecharon en julio y octubre de 2018 en Viena. Todas las muestras se congelaron justo después del muestreo para conservar su estado nativo y minimizar los cambios químicos. Los investigadores estudiaron tejidos de paredes delgadas (porosos) y de paredes gruesas (densos) de ambas especies.

Al igual que las de las cáscaras de nuez, las células de las cáscaras de pistacho se conectan con 14 células vecinas, encontraron los investigadores. Las celdas en ambas cubiertas tienen paredes celulares resistentes llenas de bobinas en espiral de microfibras. Pero las pruebas de laboratorio mostraron que el material de la cáscara de pistacho es mucho más fuerte, probablemente porque sus células tienen tres veces más lóbulos que las células de nuez.

Eso les da un 30% más de superficie para unirse entre sí, informaron los investigadores. Las células de pistacho están conectadas a través de estructuras de rótula, similares a las articulaciones de la cadera humana. Esto convierte a los pistachos en los maestros del entrelazamiento de células geométricas, dijo a Science Notburga Gierlinger, biofísica y una de las autoras del estudio.

También podría haber una ventaja adicional para este estudio. Las propiedades de las cáscaras de pistacho podrían hacerlas perfectas para crear dispositivos amortiguadores, como parachoques de automóviles y cascos de seguridad, según los investigadores. Eso es porque pueden tomar la energía de un impacto y redirigirla lejos del objeto a proteger, doblándose o estirándose en lugar de romperse como otros materiales.

El estudio fue publicado en la revista Royal Society Open Science.

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