Ciencia con una escalera o cómo explicar el vuelo de los piñones tras los incendios

La pasada semana tuvimos la oportunidad de divulgar ciencia forestal en el evento #MadridEsCiencia en IFEMA (Madrid) entre el 2 y el 5 de marzo. El INIA tuvo por primera vez un espacio en el stand del CSIC y propusimos una actividad el día 4 de marzo. Consistía en explicar las adaptaciones al fuego más importantes de las plantas mediterráneas (alguna de ellas, como el efecto protector de las cortezas, ya hemos hablado en este blog) y en concreto el proceso de apertura de piñas y dispersión de piñones tras los incendios. Para ello, nuestro compañero José Climent, científico del Centro de Investigación Forestal, especialista en genética de poblaciones, propuso un sencillo experimento para compartir con los/las visitantes con la simple ayuda de...¡una escalera! Lo podéis hacer en casa o en el aula ¿os animáis?

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¿Cómo se abren las piñas tras el paso del fuego? Lo cierto es que, aunque se ha escrito mucho sobre el tema, no hay mucha bibliografía científica sobre la experimentación de la apertura de piñas en los incendios. La mayoría de las experiencias se han hecho con calentamiento mediante estufas de convección de aire a alta temperatura o inmersión en agua caliente, pero había pocas experiencias con fuego real. El año pasado publicamos un artículo al respecto, precisamente en colaboración con el grupo de genética del INIA-CSIC, en el que demostramos la influencia del tipo de calentamiento en la apertura de conos serótinos de pino carrasco. Entre otras cosas, nos dimos cuenta que la presencia de la llama quemando la superficie de la piña era el proceso más eficaz en la apertura de las brácteas y que simulaba más fielmente el shock térmico real durante un incendio. En este vídeo podéis ver un experimento resumido con un piña de pino negral o resinero (Pinus pinaster):

Habéis visto que tras la apertura de las brácteas, que suele producirse días después de la exposición al calor, los piñones están intactos y muchos de ellos ni siquiera tienen el ala dañada. El proceso de dispersión se produce por el denominado fenómeno de la autorrotación. En resultados llevados a cabo por diferentes grupos de investigación usando las sámaras de arce como modelo, se ha descrito que las semillas con ala generan un vórtice que hace bajar la presión atmosférica sobre la parte superior de la semilla, generando una fuerza opuesta a la gravedad, evitando que caiga en caída libre y duplicando la velocidad de sustentación respecto a la misma semilla sin ala. En este magnífico vídeo un grupo de investigación lo explican muy detalladamente:

En el vídeo se describe muy bien el efecto que tiene la presencia de viento en el vuelo de la semilla, modificando los vórtices y permitiendo su desplazamiento en tiro parabólico, de manera que la eficacia de la dispersión va a depender de la altura desde el que la semilla se dispersa (altura del árbol) y la velocidad del viento a esa altura. En una simplificación del proceso esto es precisamente lo que hemos hecho en el experimento de vuelo de semillas: comparamos el tiempo que tardaban las semillas en caer al suelo desde una altura de 3 m (para lo que es necesario la escalera y un cronómetro) y multiplicábamos por diferentes velocidades teóricas del viento, asumiendo que un árbol es unas 5-7 veces más alto (entre 15-21 m aproximadamente). Por ejemplo, las semillas de pino carrasco (Pinus halepensis) tardaban unos 4 s en llegar al suelo al tirarlos desde la escalera y las de pino canario (Pinus canariensis) aproximadamente la mitad. Si asumimos que la semilla se dispersa desde 15 m (5 veces más), la semilla de pino carrasco tardaría 20 s en llegar la al suelo en ausencia de viento y la de pino canario 10 s. Si el viento a esa altura es de 10 m/s ¡la semilla de pino carrasco teóricamente recorrería 10 m/s x 20 s= 200 m y la de pino canario 100 m! Cuando preguntábamos al alumnado cuánto creían que era 100-200 m y se daban cuenta que nos salíamos de IFEMA, alguna que otra pupila aumentaba de tamaño ¡efecto sorpresa conseguido!

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Lo cierto es que este complejo proceso es un ejemplo de convergencia evolutiva entre animales y plantas y posiblemente fue inspiración de los primeros ingenieros aeronáuticos como Juan de la Cierva, inventor del autogiro. En la actualidad hay diferentes grupos de investigación y empresas que usan el proceso de autorrotación de las semillas aladas para generar drones de bajo coste y alta eficacia. De entre todos los videos que he estado consultando en la red os dejo aquí una de las soluciones más imaginativas, a mi entender, por ser más fiel al proceso natural que realizan las semillas en su vuelo, basándose en los "fallos" de vuelo que realmente ocurren durante la dispersión y que se puede apreciar en el primer vídeo de P. pinaster donde vemos que algunas semillas "caen a plomo" como si no tuvieran ala, ya sea por daños en el ala o más probablemente debido a lo que describen estos desarrolladores: porque el ángulo de ataque del ala se sitúa verticalmente (ya sea hacia arriba o hacia abajo) y no se produce el vórtice de sustentación. Curiosamente estos inventores "fuerzan" a que ocurra esto mecánicamente para acelerar la caída de los drones, dirigir mejor la caída de los mismos a los puntos deseados y acelerar la llegada del dron a la zona deseada. 

De nuevo la tecnología se inspira en la biología para ofrecer soluciones y de nuevo un experimento sencillo que ayuda a divulgar ciencia ¿os animáis a replicarlo en el aula o en vuestro próximo evento de divulgación? ¡Adelante!