Estrategias mecánicas de las plantas arborescentes: enseñanzas estructurales de los árboles

Mechanical strategies of arborescent plants: structural teachings of trees

Los árboles son los seres vivos más grandes que jamás han poblado la Tierra, pudiendo tener más de cien metros de altura, masas de varios miles de toneladas y alcanzar edades de varios miles de años. Para conseguirlo, entre otros condicionantes funcionales, los árboles deben hacer frente a todo tipo de cargas mecánicas. Así, para cumplir con estos requisitos estructurales, los árboles cuentan con la madera, un material excepcional desde un punto de vista mecánico, y ofrecen un sinnúmero de estrategias de diseño que van desde garantizar la estabilidad estructural hasta ofrecer un adecuado factor de seguridad empleando una cantidad mínima de material, con la consecuente eficiencia metabólica. De esta forma, este trabajo presenta las estrategias más importantes de crecimiento, anatomía y morfología que emplean las principales familias de plantas arborescentes, las gimnospermas y las angiospermas, destacando especialmente las características de los materiales naturales vegetales, que poseen una organización jerárquica y que, en la mayoría de los casos, son materiales compuestos reforzados con fibras, materiales con estructura celular, o ambos, como la madera.

INTRODUCCIÓN

Si en la naturaleza los animales son los equivalentes de los vehículos y las máquinas, las plantas son seguramente los equivalentes de las estructuras. En las plantas, la estructura principal sujeta otra parte por encima del suelo. Por ejemplo, en una planta, el tallo, las ramas y las raíces tienen la tarea de levantar las hojas por encima de las de otras plantas competidoras, ya que estas hojas deben aprovechar la luz solar para ofrecer la energía necesaria para el crecimiento y la reproducción de la planta 1. De esta forma, los árboles están en competencia permanente, con otras plantas del planeta y entre ellos, para captar la mayor cantidad de luz solar posible. Su principal ventaja es su gran altura; así, logran ubicar a sus unidades de fotosíntesis (las hojas) en lugares privilegiados. Para conseguir esta ventaja competitiva, las plantas arborescentes tienen que transportar el agua a lo largo de grandes distancias, en contra de la gravedad y de la fricción interna, y tienen que hacer frente a cargas mecánicas considerables: su propio peso, la carga del viento, el peso de la nieve, entre otras. En este contexto, las plantas arborescentes, o arbóreas, son aquellas que se pueden sostener por sí mismas, que tienen una altura del adulto de al menos 5 m, y que tienen uno o varios tallos erectos de un diámetro de al menos 10 cm [2].

Para cumplir con estos requisitos mecánicos, los árboles cuentan con un sofisticado diseño mecánico, y tienen un material de ingeniería único: la madera. De este modo combinan la resistencia, la flexibilidad y la rigidez, e incluso pueden responder a su entorno y, por tanto, cambiar su diseño. Ello les permite desplegar las hojas usando un mínimo de material estructural [3]. En tal sentido, los tallos de los árboles son una de las más impresionantes construcciones mecánicas de la naturaleza; de hecho, los árboles son los seres vivos más grandes que jamás han poblado la Tierra.