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» » » » El tamaño de las hojas y del mismo árbol lo determina su física vascular

Referenca: Physics.APS. org .
por Philip Ball, 4 de enero 2013

En Physical Review Letters, se publica una teoría que explica por qué las hojas de los árboles más altos son todas del mismo tamaño, independientemente de la especie, y también sugiere por qué hay un límite a la altura del árbol.

Los límites son establecidos por las propiedades del sistema de ramificación vascular que distribuye el fluído rico en azúcar a lo largo del árbol. Los investigadores compararon las predicciones de su teoría con datos de muchas especies y encajaban perfectamente. La teoría ofrece una explicación física para un fenómeno que no había sido abordado por los biólogos.

Las hojas de los árboles varían en tamaño desde unos pocos milímetros a más de un metro, pero el rango de tamaño disminuye a medida que los árboles llegan más alto, así nos encontramos que todas las especies más altas tienen hojas de unos 10 a 20 cm. de ancho. Los botánicos no habían explicado estas observaciones, pero el biofísico Kaare Jensen, de la Universidad de Harvard, y el biólogo Maciej Zwieniecki, actualmente en la Universidad de California, Davis, sospechan que podría haber una explicación simple basándose en los principios del flujo de fluidos dentro de los árboles. Desarrollaron una teoría que describe los efectos en el tamaño de la hoja de la eficiencia del flujo de energía rico en azúcares, a través del floema del sistema vascular del árbol.

Mediante la fotosíntesis, una hoja genera un fluido rico en energía, que fluye a través de los canales del floema hacia otras partes del árbol, como las raíces y los frutos. Dentro de la hoja, el flujo recoge en su camino por cada canal, desde las extremidades hacia el tallo, cantidades crecientes de agua succionada hacia el canal enriquecido de azúcar por ósmosis, tal que si fueran muchos afluentes que se funden en un gran río. Cuanto mayor sea la hoja, más rápido consigue el flujo alcanzar la "boca" del canal. Cuando llega al tronco, el fluido se encuentra con una resistencia que depende de la altura del árbol.

La cuestión clave, para Jensen y Zwieniecki, fue cómo se combinan la longitud de la hoja y la altura de los árboles para determinar la velocidad de flujo, y por tanto, la eficacia con la que se transporta el fluído rico en energía por la planta. Conforme que los árboles alcanzan más altura, razonaron, la resistencia del tronco ralentizaría el flujo. El incremento del tamaño de la hoja podría en parte compensar esto, pero, eventualmente la resistencia del tronco se vuelve tan grande y dominante que el tamaño de la hoja ya tiene poco efecto sobre la velocidad del flujo. Más allá de un cierto tamaño de las hojas, no hay ninguna ventaja en la fabricación de hojas más grandes.

Así pues, según la teoría de Jensen y Zwienecki, el tamaño máximo se produce en el punto de utilidad decreciente, donde la inversión metabólica en hojas más grandes resulta excesivo para ser ventajoso. Entre tanto, observaron que si la hoja es demasiado pequeña, el flujo se hacía demasiado lento para pasar por el sistema troncal a una velocidad razonable, lo cual establecía el tamaño mínimo de la hoja.

Estos límites, según lo predicho por las ecuaciones de los investigadores, coinciden cuantitativamente con lo observado en el hábitat natural de muchas especies. Es más, las curvas de máximo y mínimo en el tamaño de las hojas convergen con la creciente altura del árbol y se cruzan a una altura de unos 100 metros, muy cerca de la altura de los árboles más altos. Si un árbol llegara a ser más alto, la teoría predice que no habría un tamaño de hoja que pueda satisfacer sus necesidades vasculares. El equipo también demuestra que sus anteriores mediciones directas de los flujos en las plantas coinciden con las predicciones actuales.

"Creo que viene muy bien al caso", señala el experto en biomecánica, Steven Vogel, de la Universidad de Duke en Carolina del Norte. "El argumento del transporte de productos fotosintéticos en los organismos, para los cuales es central dicha producción, proporciona una buena base para ese tipo de afirmaciones."


- Autor: Philip Ball es escritor científico independiente en Londres y autor de "Curiosity: How Science Became Interested in Everything" (2012).
- Diario referencia: "Physical Limits to Leaf Size in Tall Trees". Kaare H. Jensen and Maciej A. Zwieniecki. Phys. Rev. Lett. 110, 018104 (2013) .
- Imagen: iStockphoto.com / wbritten
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