La matematica imita la vita. Il nuovo modello consente a diversi strati di foglie di crescere a velocità diverse, un componente necessario per generare la piegatura necessaria per una foglia di loto a forma di ciotola, mostrato qui come previsione del modello (a sinistra), come si vede in natura (al centro), e come è apparso in esperimenti con una gomma che imita le foglie (a destra). Credito:F. Xu et al., Fis. Rev. Lett. (2020)
Un trio di ricercatori della Fudan University ha migliorato un modello matematico per consentirgli di prevedere la forma di diversi tipi di foglie sulle piante di loto. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica , il gruppo descrive il loro lavoro matematico e come lo hanno testato con materiali del mondo reale.
Già nel 2008, un team in Francia ha creato un modello matematico per descrivere la crescita dei tessuti molli come mezzo per prevedere i modi in cui si formano le alghe e i funghi. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno esteso il modello precedente per includere la crescita delle foglie sulle piante.
Il nuovo modello include due nuovi elementi nelle previsioni di crescita:foglie che galleggiano sull'acqua e strati di cellule sulle foglie che crescono a velocità diverse, con conseguente piegatura delle foglie. In particolare, i ricercatori hanno modificato il modello precedente per spiegare come le piante di loto siano in grado di produrre due tipi di motivi fogliari. Le foglie di loto che galleggiano sulla superficie dell'acqua sono piatte con fronzoli attorno ai bordi. Le foglie che crescono sopra l'acqua sono a forma di ciotola. Ammettendo i due nuovi elementi, i ricercatori sono stati in grado di modellare e prevedere con precisione i modelli di crescita delle foglie di loto.
In entrambi i casi, il modello ha tenuto conto dell'impatto dei bordi ondulati che si verificano quando una foglia cresce con una superficie maggiore di quella che può adattarsi a una superficie liscia. Con foglie legate all'acqua, l'energia necessaria per sollevare l'acqua aderente è ridotta al minimo dalla configurazione piatta. Le foglie che crescono sopra l'acqua non vengono tirate giù dal peso dell'acqua:sono libere di assumere qualsiasi forma. Ma poiché le cellule crescono più velocemente dove le colpisce la luce del sole, formano ciotole che seguono il sole come i girasoli. La pendenza delle pareti della vasca varia a seconda delle condizioni ambientali.
Il modello è stato inizialmente testato tramite simulazioni al computer. È stato quindi messo alla prova nel mondo reale utilizzando un materiale sostitutivo per le foglie di loto che era molto più facile da testare. Il materiale che hanno scelto cresce quando viene applicata l'acqua. Ciò ha permesso ai ricercatori di vedere come il materiale avrebbe preso forma quando galleggiava sull'acqua rispetto a quando era sospeso sopra di essa. Il test ha mostrato che le foglie si formano nelle stesse forme delle piante di loto.
Effetto dell'acqua sulla morfogenesi di diverse foglie di piante acquatiche. Credito: Lettere di revisione fisica (2020). DOI:10.1103/PhysRevLett.124.038003
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