Los nenúfares gigantes amazónicos son las plantas flotantes más grandes y fuertes del mundo; su constitución inspira estructuras del mundo real, desde el diseño de edificios como rascacielos hasta turbinas eólicas

Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica

El nenúfar o victoria-regia (Victoria amazónica, familia Nymphaeaceae) ha fascinado durante mucho tiempo a científicos, arquitectos y artistas por su belleza y tamaño. Sin embargo, cómo las hojas pueden crecer hasta 3 metros de diámetro, y ser lo suficientemente resistentes como para soportar el peso de un niño pequeño, sigue siendo un misterio, hasta ahora.

El nenúfar gigante amazónico produce las hojas flotantes más grandes del reino vegetal. El notable sistema de vascularización de las hojas ha inspirado a artistas, ingenieros y arquitectos durante siglos. A pesar del atractivo estético y la escala de este enigma botánico, se sabe poco sobre la mecánica de estas extraordinarias hojas.

Por ejemplo, ¿cómo logran estas hojas proporciones gigantescas? Se ha mostrado que la forma geométrica de la hoja es estructuralmente más eficiente que las de otras especies más pequeñas de nenúfares. En particular, el grosor que varía espacialmente y la ramificación regular de las nervaduras primarias asegura la integridad estructural necesaria para una amplia cobertura de la superficie del agua, lo que permite una captura óptima de la luz a pesar de una biomasa foliar relativamente baja.

El gigantismo de las hojas en los nenúfares puede haber sido impulsado por las presiones de selección que favorecen una gran superficie a un costo de material económico, para superar a otras plantas en estanques efímeros de secado rápido.

Un equipo de científicos británicos y franceses que estudian la mecánica de estas hojas gigantes ha documentado una red de venas ramificadas en forma de viga optimizadas para la resistencia y el soporte estructural. Su investigación, publicada en febrero de 2022 en Science Advances, podría convertir lo que Chris Thorogood, subdirector del Jardín Botánico y Arboreto de la Universidad de Oxford, llama «un gran enigma botánico».

El nenúfar fue descubierto por exploradores europeos en América del Sur en 1801. Rápidamente ganó popularidad en la Inglaterra victoriana, donde el nombre de su género, Victoria, se le dio en honor a la entonces joven reina Victoria, y la planta se convirtió en un símbolo del Imperio Británico.

El jardinero y arquitecto británico Joseph Paxton fue el primero en cultivar con éxito un nenúfar. Lo que inspiró el diseño del “Crystal Palace”, un hito londinense de hierro fundido y vidrio que fue construido para la Gran Exposición de 1851 (y luego destruido por un incendio). “La naturaleza era el ingeniero”, dijo Paxton en un discurso de 1850 ante la “Royal Society of Arts”. “La naturaleza ha dotado a la lámina de vigas y soportes longitudinales y transversales que yo, tomando prestado de ella, he adoptado en este edificio.”

Paxton tenía una comprensión intuitiva de las fortalezas del nenúfar, pero solo ahora Thorogood y sus colegas han descubierto los detalles mecánicos.
«Lo que mostramos a través de nuestros experimentos empíricos y modelos matemáticos fue que estas hojas son excepcionalmente fuertes y tienen una flexibilidad rígida que les permite desarrollarse ampliamente», dice Thorogood, autor principal del estudio.

Vista desde encima, la hoja de nenúfar parece un gran plato verde con el borde hacia arriba. La fuente tanto de su belleza como de su fuerza se ve solo desde abajo.

Desde arriba, las hojas gigantes de los nenúfares amazónicos parecen discos flotantes con los márgenes vueltos hacia arriba. Sin embargo, la parte inferior de la hoja está decorada por una red de venas ramificadas de tipo fractal que, desde una perspectiva de ingeniería, brinda soporte estructural a la lámina de la hoja.

Las venas en forma de viga se irradian desde la unión peciolar (tallo de la hoja) y son prolongadas por venas más pequeñas (anastomosis) en ángulo recto. La lámina es relativamente delgada para una hoja tan grande (aprox. 1 mm de espesura) y proporciona una cobertura y un área de superficie extensas para la fotosíntesis conteniendo pequeños poros cilíndricos (estomatodos) que, junto con los senos paranasales, funcionan como un sistema de drenaje de agua de lluvia.

La superficie inferior de la hoja también está cubierta por numerosas espinas robustas que protegen la lámina de la herbivoría. En el borde de la hoja, el margen vuelto hacia arriba contiene dos senos diametralmente opuestos en el plano medio. La morfología de estos rasgos distintivos en el borde de la hoja se ha atribuido a la mecánica; de manera análoga, una placa elástica delgada que crece sujeta a un campo de tensión no uniforme puede desarrollar un pliegue fuera del plano en su borde (debido a la tensión radial acumulada) que se parece mucho al borde vuelto hacia arriba de la hoja.

Las nervaduras principales se adelgazan y se ramifican a medida que se acercan al borde de la hoja. Están atravesadas a intervalos regulares por otras venas que forman círculos concéntricos y son exclusivas de este género de plantas. El efecto general es impresionante: una intrincada red de venas amarillas contra el verde oscuro o el rojo de la hoja.

Para crecer hasta tres metros de ancho, mucho más grande que cualquier otra planta, el nenúfar necesita ser fuerte. El agua en la que flota la hoja soporta su peso, pero debe resistir la lluvia de una tormenta tropical o el peso de un pájaro caminando sobre ella sin ser sumergida.

Las venas ramificadas del nenúfar, que comienzan muy gruesas cerca del centro y se estrechan hacia el borde de la hoja, distribuyen el peso de la hoja de manera uniforme. Endurecen y sostienen la lámina mientras le permiten rebotar elásticamente cuando se deforma, por ejemplo, por la pata de un pájaro, y lo hacen de manera muy eficiente.

El nenúfar prospera en partes inundadas estacionalmente de la cuenca del Amazonas, donde tiene unos seis meses para crecer antes de que el agua desaparezca nuevamente. Durante este tiempo, sus hojas gigantes y grandes le permiten absorber la máxima cantidad de luz solar.

Las venas que rodean las hojas esencialmente permiten que el nenúfar cubra más superficie para la fotosíntesis, utilizando menos biomasa. En comparación, las hojas de plantas flotantes comunes y más pequeñas simplemente no podían soportar tanto peso.

Cuanto mayor sea el área de superficie, más fotosíntesis pueden realizar.

Los seres humanos ya han desarrollado aplicaciones biomiméticas inspiradas en plantas, como las cintas de velcro de las plantas de bardana y las superficies autolimpiantes de las hojas de loto. La percepción de una gran hoja flotante no es tan descabellada; además de mejorar el diseño de estructuras flotantes, podría incentivar nuevos proyectos económicos para aerogeneradores marinos o incluso sociedades flotantes. En 2008, el arquitecto belga Vincent Callebaut diseñó una ciudad flotante basada en la estructura de hojas de nenúfares llamada “Lilypad – a Floating Ecopolis for Climate Refugees”.

Hay algo poético en la idea de que algún día los humanos usen paneles solares flotando plácidamente en una plataforma inspirada en nenúfares para recoger la mayor cantidad de sol posible, tal como lo ha hecho la planta durante millones de años.

(A) Nenúfar gigante amazónico. Las hojas flotantes gigantes pueden soportar el peso de un niño pequeño. (B) (B) Envés de la hoja que muestra la red vascular y la unión peciolar (PA), la nervadura central (MR) y los senos paranasales (S) en el margen vuelto hacia arriba. (C y D) Los senos paranasales y los estomátodos (flecha amarilla) funcionan como parte de un sistema de drenaje de agua de lluvia. (E) La red vascular compleja se compone de una serie radiante de “vigas gruesas” (flecha blanca) y anastomosis conectivas ortorradiales más delgadas (flecha azul). (F) Tamaño relativo de las hojas de diferentes géneros de nenúfares: (i), Victoria, (ii) Euryale, (iii) Nymphaea, (iv) Nuphar y (v) Barclaya. Estos cinco géneros componen la familia Nymphaeaceae. Foto cortesía de K. Pritchard

Hay algo poético en la idea de que algún día los humanos usen paneles solares que floten plácidamente en una plataforma inspirada en los nenúfares amazónicos para recolectar la mayor cantidad de sol posible, tal como lo ha hecho la planta durante millones de años.

 

Fuentes

O que a vitória-régia pode nos ensinar sobre projetos de construção


Acceso el 11/03/2022.

https://www.nationalgeographic.com/environment/article/what-a-huge-lily-pad-can-teach-us-about-building-design
Acceso el 14/03/2022.

Box, F.; Erlich, A.; Guan, J. H. (2022).
Gigantic floating leaves occupy a large surface area at an economical material cost.
SciencesAdvances, Vol 8, Issue 6.

Imágenes

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Acceso el 11/03/2022.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg3790#
Foto cortesía de K. Pritchard.
Acceso el 14/03/2022.