Una aproximación computacional para generar patrones de rugosidad superficial del pericarpio y la testa de algunas plantas: coincidencias en los resultados numéricos

A Computer Assisted Approximation for the Generation of Patterns of Superficial Coarseness of the Pericarp and of the Seedhead of Some Plants: Coincidences in the Numerical Results

En este artículo se propone un modelo fenomenológico que describe la formación de los patrones de la corteza (testa) de las semillas vegetales mediante ecuaciones de reacción-difusión con parámetros en el espacio de Turing. A fin de estudiar la formación de patrones se resuelven varios ejemplos numéricos sobre geometrías simplificadas de una semilla. Para la solución numérica se utilizó el método de los elementos finitos, en conjunto con el método de Newton-Raphson para la aproximación de las ecuaciones diferenciales parciales no lineales. Los ejemplos numéricos muestran que el modelo puede representar la formación de diferentes tipos de cortezas de semillas vegetales.

INTRODUCCIÓN

Todas las semillas están rodeadas por una cubierta llamada testa, la cual puede tener muy distintas texturas y apariencias (Font Quer, 1982). Generalmente es dura y está formada por una capa interna y una externa de cutícula y una o más capas de tejido grueso que sirve de protección. En algunas semillas dichas estructuras de la testa están ausentes y quedan al descubierto el pericarpio del fruto y no la testa, por ejemplo, en el caso del girasol (Helianthus annuus), que pertenece a la familia de las compuestas, y de la lechuga (Parodi, 1987; Strassburger, 1994).

La función de la testa es conferir impermeabilidad al agua y a los gases en la semilla. Esto le permite regular el metabolismo y el crecimiento (Parodi, 1987). Además, esta parte de la semilla es fuerte e impide la entrada de parásitos (Font Quer, 1982). Por otro lado, las cubiertas duras pueden impedir daños mecánicos (Parodi, 1987). En consecuencia, la testa es un modulador de las interacciones internas de la semilla y su medio ambiente (Karcz, Ksiazczyk y Maluszynska, 2005).

Al igual que las formas de las semillas, la testa exhibe una compleja y diversa morfología y anatomía, lo que provee una característica taxonómica de alto valor (Barthlott, 1981 y 1990). En especial, la macroestructura de la testa varía ampliamente entre diferentes especies de plantas. Adicionalmente, se han encontrado características microestructurales particulares en la superficie de las semillas (Karcz, Ksiazczyk y Maluszynska, 2005).

La micromorfología de la testa ha sido estudiada con el uso de microscopía electrónica. Por ejemplo (Karcz, Ksiazczyk y Maluszynska, 2005) han investigado los patrones de las superficies de las testas y han encontrado superficies reticuladas, aleatoriamente reticuladas y rugosas. En aquel artículo se presentó una buena correlación experimental entre las superficies estudiadas y su clasificación taxonómica.