Encontrar agua en el desierto es una tarea relativamente fácil para una especie de musgo que parece florecer incluso en las regiones más áridas. Según un nuevo estudio realizado por un equipo de científicos e ingenieros que querían entender cómo Syntrichia caninervis tiene éxito a pesar de sus suministros de agua limitados e inconsistentes.
Los resultados muestran por primera vez cómo la briófita altamente evolucionada sobrevive en ambientes extremadamente áridos gracias en parte a su conjunto especializado de herramientas de recolección y transporte de agua.
El estudio de cuatro años revela cómo el musgo usa sus hojas, no las raíces, para recolectar humedad. Desde moléculas hasta gotas de lluvia, S. caninervis ha desarrollado estructuras especializadas que aprovechan todas las formas de agua disponibles. Los hallazgos se publicaron en Plantas naturales por investigadores del Laboratorio Splash de la Universidad Estatal de Utah, la Universidad Brigham Young y el Instituto de Ecología y Geografía Xinjiang de la Academia de Ciencias de China.
La clave del éxito de la planta es su punta de pelo de hoja pequeña o awn. Estas estructuras con forma de pelo de 0.5-2 mm de largo en la punta de cada hoja funcionan como una navaja suiza en su capacidad para recoger agua de una variedadde escalas de tamaño. Ya sea que la planta reciba cubos de lluvia o solo la niebla ocasional, el toldo de S. caninervis puede explotar cualquier recurso hídrico disponible utilizando cuatro herramientas especializadas.
Cada toldo está cubierto de surcos a nano y microescala donde el vapor de agua se condensará fácilmente. Los surcos tienen el tamaño y la forma adecuados para condensar moléculas de agua directamente del aire húmedo y atrapar gotitas de niebla microscópicas. A mayor escala,cada toldo también presenta púas alargadas que sirven como depósitos de recolección donde el agua condensada o recolectada forma pequeñas gotas. Cuando son lo suficientemente grandes, las gotas se mueven a lo largo del toldo hacia la hoja, a veces a velocidades impresionantes.
Este proceso de recolección de agua, formación de gotas y transporte rápido a la hoja es una función crítica de los toldos necesarios para mantener vivo este musgo. S. caninervis es único porque las superficies de sus hojas deben estar húmedas para que se produzca la fotosíntesis, y sus estructuras en forma de raíz rizoides no recolectan agua del suelo.
Los autores muestran que, a una escala aún mayor, los toldos crean una pantalla fibrosa que ayuda a absorber la lluvia. Las plantas pequeñas crecen en racimos de alta densidad que forman una cubierta protectora sobre el suelo del desierto. Durante la lluvia, las hojas flexibles de la plantay los toldos absorben la mayoría de la energía de las gotas de lluvia, lo que reduce en gran medida las salpicaduras y la pérdida de agua.
El esfuerzo de colaboración único fue llevado al Laboratorio Splash por el biólogo Nan Wu, Ph.D. Se preguntó si el musgo tenía algún fenómeno especial de recolección de agua basado en un estudio preliminar que ella y Ye Tao habían realizado. Bajo la dirección de YuanmingZhang sus esfuerzos indicaron que S. caninervis sin aristas había retrasado las tasas de crecimiento.
El autor principal, el estudiante de doctorado en ingeniería mecánica de BYU, Zhao Pan, tomó los primeros conjuntos de datos y planteó la hipótesis de que el musgo estaba utilizando las estructuras únicas de nano, micro y barb para recolectar y transportar agua a varias escalas. Con la ayudadel profesor de ingeniería química de BYU Bill Pitt, Zhao pudo modelar matemáticamente el costo de energía de las moléculas de agua y las gotas de niebla, demostrando que la forma y el tamaño de las nano-ranuras redujeron el costo de energía para condensar el agua y capturar la niebla de la atmósfera enel toldo
El equipo de Splash Lab, dirigido por el profesor asistente de ingeniería mecánica de la USU, Tadd Truscott, usó video de alta velocidad y un microscopio electrónico de barrido ambiental para recopilar datos altamente visuales. Sus videos use el siguiente enlace capturan escalas variables de nucleación de agua.en las nanoestructuras y la absorción de la mayor parte de una gota de lluvia impactante con poca o ninguna salpicadura. Un video contrastante, que muestra la lluvia que cae sobre la tierra desnuda, muestra cómo los delicados suelos desérticos sin una capa protectora pueden ser arrastrados.
Con recursos inconsistentes y limitados en su ambiente desértico S. caninervis ha optimizado la recolección de agua al combinar sus estructuras de toldo de escala múltiple con recursos de agua de escala múltiple. El efecto combinado de estas herramientas especializadas permite que el musgo prospere donde otras plantas pueden experimentar estrés hídrico.
"Usando estas diferentes estructuras, esta planta podría tomar una bebida todos los días, donde otra vegetación del desierto obtiene agua tal vez una vez por semana", dijo Truscott.
Como experto en dinámica de fluidos e ingeniero de profesión, Truscott piensa en las aplicaciones prácticas para el estudio.
"Hay varios ángulos interesantes para esta investigación", dijo. "Por ejemplo, hay procesos en la industria en los que necesitamos extraer humedad de un ambiente húmedo. Podría ser posible crear una versión artificial del nano- y ranuras de microescala que vemos en los toldos y las usamos en un entorno de fabricación "
Otra conexión para Truscott son las notables propiedades antisalpicaduras de la planta. Durante varios años, él y su equipo han estado explorando métodos para reducir las salpicaduras en múltiples entornos, incluido el orinal común. El concepto no es un tema trivial para el equipo de Splash LabHan demostrado que la salpicadura del urinario es una preocupación legítima cuando se trata de la higiene pública y los costos de mantenimiento de las instalaciones. S. caninervis las gotas de agua del arnés inspiraron una almohadilla para salpicaduras de urinario recientemente diseñada por el equipo de Truscott.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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