La llamada cascada energética se observa en dientes, cuernos, garras, picos y espinas
Los científicos han identificado una nueva regla de crecimiento que explica la forma y el desarrollo de estructuras biológicas puntiagudas o afiladas en animales y plantas, como dientes, cuernos, garras, picos, conchas de animales e incluso espinas y púas de plantas.
Al describir el patrón recién descubierto como una ley de la naturaleza previamente desconocida, los investigadores llaman a su descubrimiento la "cascada energética", por una ley matemática denominada ley potencial o ley de potencias que se encuentra en toda la naturaleza y que determina el crecimiento y la evolución de una familia de formas llamadas conos energéticos o potenciales.
"La diversidad de animales, e incluso plantas, que siguen esta regla es asombrosa", dice el biólogo evolutivo Alistair Evans de la Universidad de Monash en Australia. "Nos sorprendió bastante haberla encontrado en casi todos los reinos de la vida en los que miramos, en animales vivos y extintos durante millones de años".
El enfoque de gran parte del trabajo de Evans es la evolución morfológica y el funcionamiento de las partes de su cuerpo. A veces, ese enfoque se centra en las características notables de las criaturas individuales; en otras ocasiones, se puede discernir un patrón similar entre muchos organismos.
Hace cientos de años, otro científico tenía las mismas preocupaciones. Sir Christopher Wren, el famoso arquitecto y erudito inglés, propuso que las formas de las conchas de los caracoles estaban determinadas por las matemáticas de las espirales logarítmicas, donde un lado de una estructura crece más rápido que el otro.
Siglos más tarde, Evans se dio cuenta de algo similar, pero dio con una nueva regla de crecimiento más allá del pensamiento de Wren, basada en una nueva forma, el cono potencial, que se genera cuando la tasa de crecimiento de potencia radial es desigual a la tasa de crecimiento potencial de longitud.
Introducing a new rule of nature: the power cascade! Revealing how pointed structures grow across the tree of life. Teeth, claws, horns, beaks and thorns. Follow our thread below. #OpenAccess @BMCBiology @EvansEvoMorph https://t.co/8s0rqjHEat pic.twitter.com/I34Yv44NV2
— Alistair Evans (@DrTeethAl) March 30, 2021
Cuando crece un colmillo de elefante, se ensancha a un ritmo muy específico siguiendo una "ley potencial", un patrón matemático en el que existe una relación lineal entre el logaritmo del ancho y el largo del diente. Las leyes potenciales se encuentran en toda la naturaleza, como en las magnitudes de los terremotos, el tamaño de las ciudades y el movimiento del mercado de valores.
Este patrón se aplica a muchos animales, en los dientes de tiburones gigantes, Tyrannosaurus rex , mamuts e incluso humanos. Sorprendentemente, esta ley potencial funciona para garras, pezuñas, cuernos, colmillos de araña, conchas de caracoles, astas y picos de mamíferos, aves y dinosaurios. Más allá de los animales, el equipo también lo observó en las espinas del rosal y el limonero.
"Durante muchos años he buscado un patrón en cómo crecen los dientes", explica Evans en The Conversation. "Al observar cientos de dientes y medir cómo se ensanchan a medida que se alargan, mi equipo y yo identificamos una fórmula matemática simple que sustenta la forma del diente".
Esta fórmula, la cadena energética, no solo se observa en la forma de dientes naturales, cuernos, colmillos y espinas; el modelo de cadena energética también puede simular el crecimiento de estas estructuras, dicen los investigadores.
El nuevo descubrimiento significa que podemos medir la edad de los animales simplemente conociendo la forma de sus dientes, ya que las reconstrucciones de la forma podrían indicar el tiempo de crecimiento necesario.
Otra aplicación podría ser anticipar futuros procesos evolutivos, piensa el equipo.
"Estas formas pueden considerarse la familia predeterminada de formas para las estructuras puntiagudas, lo que significa que es más probable que evolucionen independientemente varias veces y serán una fuente probable de homoplastia en la evolución", escriben los investigadores en su estudio.
"Debido a la gran variedad de estructuras y taxones en los que se encuentra este patrón, parece que la cadena energética es un patrón fundamental de crecimiento en una miríada de organismos".
Los hallazgos se informan en BMC Biology: A universal power law for modelling the growth and form of teeth, claws, horns, thorns, beaks, and shells
