Investigadores de la Universidad de Duke han descubierto la mecánica detallada de la forma en que las esporas de hongos han evolucionado para aprovechar el poder de fusionar las gotas de agua para lanzar de manera uniforme.
Las esporas de hongos crecen en los extremos de largas y delgadas cuerdas llamadas esterigmas. Una vez maduras, las esporas deben separarse y ser transportadas a una nueva ubicación para crecer. Algunas esporas dependen de los animales o de su propio poder para viajar. Otras, llamadasbalistosporas: se expulsan activamente de la superficie del organismo original. Y en el caso de algunos hongos, las gotas de agua proporcionan el despegue.
Hace más de un siglo, Reginald Buller descubrió que una gota de agua esférica que se forma cerca de una espora es crucial para la dispersión de la espora. Apodada la "gota de Buller", su fusión con otra gota en forma de lente en la espora provoca laespora para separarse de su atadura.
"Las esporas se lanzan con una gran cantidad de fuerza en una dirección específica, casi como un cañón", dijo Chuan-Hua Chen, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en Duke. "Y el cañón ballistospore ha evolucionado para disparar".directamente lejos del hongo para dar a las esporas la mejor oportunidad de escapar ".
Si bien este fenómeno se había explicado enérgicamente, los mecanismos detallados, en particular la dirección casi uniforme de los lanzamientos de las esporas, siguen siendo un misterio. En un artículo publicado en el Revista de la interfaz de la Royal Society el 27 de julio, Chen y sus colegas usan cámaras de alta velocidad y una impresora de inyección de tinta para resolver el enigma.
El obstáculo principal para descubrir los detalles de cómo las gotas de agua lanzan estas esporas ha sido la velocidad de la acción. Si bien las gotas de agua tardan varios minutos en crecer lo suficiente como para despegar, el evento en sí toma menos de un microsegundo.
"Y desafortunadamente, un microsegundo es también la resolución de tiempo para la mayoría de las cámaras de alta velocidad", dijo Chen. "Entonces, si bien los investigadores lograron algunos avances en la captura del proceso de fusión general, el mecanismo detallado aún no estaba claro".
El problema era uno de escala y tiempo, ya que la duración del lanzamiento es proporcional al tamaño de la caída de Buller, que es pequeña cuando se trata de esporas de hongos.
Para evitar este problema, Chen y su equipo construyeron sus propias "esporas" más grandes cortando una esfera de poliestireno en una partícula en forma de espora y orientando cuidadosamente la espora modelo sobre una superficie plana. Luego utilizaron una impresora de chorro de tinta para construiruna caída Buller más grande directamente al lado de su espora artificial. Con la capacidad de controlar con precisión el tamaño de la caída y, por lo tanto, su velocidad de despegue y el tiempo, el equipo podría atrapar el lanzamiento con alta resolución.
Cuando miraron la película, los detalles del mecanismo de lanzamiento se hicieron evidentes. Cuando la gota esférica de Buller se une a la segunda gota que se extiende sobre la espora, las gotas pierden área superficial y liberan energía superficial, proporcionando el impulso para el lanzamiento.
A medida que la gota recién fusionada se mueve a lo largo de la cara plana de la espora, el movimiento de caída se alinea rápidamente con la orientación de la cara plana de la espora. La gota fusionada ejerce fricción sobre la espora a medida que se mueve y la aleja del esterigma.La dirección de lanzamiento es guiada por la cara plana de la espora, que está en la misma dirección que el delgado esterigma.
"La liberación de energía es tan rápida que acelera todo el sistema con un millón de Gs, pero hay tanta resistencia al aire que la espora todavía solo viaja unos pocos milímetros como máximo. Por eso es tan importante que las esporas disparen directamentelejos del hongo ", dijo Chen." Al explicar el mecanismo subyacente a la direccionalidad de lanzamiento casi perfecta, nuestro trabajo finalmente ha arrojado luz sobre este rompecabezas centenario ".
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation CBET-1236373, DMR-1121107 y el National Institute of Health T32-GM008555. El apoyo adicional provino de la National Science Foundation IOS-1439850, Human Frontier SciencePrograma y el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá.
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Materiales proporcionados por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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