El documento describe una investigación sobre la biomecánica de las aristas de las semillas del género Stipa y su potencial aplicación en la agricultura. Los investigadores encontraron una relación logarítmica entre el peso de la semilla de Stipa y la fuerza necesaria de la arista para enterrarla. También determinaron que la longitud de la arista debe coincidir con el peso de la semilla para que pueda enterrarse de forma natural. Esto sugiere que la ingeniería genética podría utilizarse para modificar semillas agrícolas y que se

1. Biomecánica de
la arista del
género Stipa y su
aplicación en la
agricultura.

2. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
Cuando Darwin escribió “El origen
de la especies por medio de la
selección natural” para fundamentar
el mecanismo de la selección
natural utilizó la obra de Thomas
Robert Malthus.

3. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
Thomas Robert Malthus, un clérigo y
matemático, en su “Ensayo sobre el
principio de la población”, publicado
en 1798, escribió que la población
humana crece, si nada lo impide, en
progresión geométrica, duplicándose
aproximadamente cada 25 años,
mientras que la producción agrícola
aumenta en progresión aritmética, y
por tanto, mucho más lentamente.
Esto implica que los alimentos ejercen
una constante presión restrictiva
sobre el crecimiento de la población.

4. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
Malthus y su teoría quedaron
relegados al olvido tras la
Revolución Verde. Desde 1950
hasta el presente el mundo ha
conocido el mayor crecimiento
demográfico de la historia humana
gracias a los avances en las
técnicas de producción de cereales.
Estas técnicas se basan en el uso
de regadío, fertilizantes sintéticos y
plaguicidas en monocultivos de
variedades de alto rendimiento.

5. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
El problema radica en que el
milagro de la Revolución Verde ha
terminado. Entre el 2005 y el
verano del 2008, los precios del
trigo y del maíz se triplicaron, y el
del arroz se multiplicó por cinco, lo
que llevó a la pobreza a los mil
millones de personas que en este
planeta gastan entre el 50% y el
70% de sus ingresos en comida.
Esta vez el alza de los precios no
se debió a malas cosechas. En
palabras sencillas puede decirse
que durante buena parte de la
última década el mundo ha
consumido más comida que la que
ha producido. Tras años de recurrir
a las reservas almacenadas, el
excedente de grano ha caído hasta
la cifra más baja registrada hasta el
momento.

6. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
En este marco hemos desarrollado
el siguiente trabajo de investigación
que pasamos a exponer.
Llamamos labranza de
conservación a la técnica que se
basa en que los campos no se
aran. La razón de no arar consiste
en evitar romper la estructura del
suelo que se produce cuando se
realiza esta labor agrícola. El arado
provoca la degradación del suelo
favoreciendo la erosión y la pérdida
de nutrientes.

7. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
Para sembrar los nuevos cultivos se
emplean sembradoras especiales
que depositan las semillas en un
surco abierto por un disco. Nos
pareció interesante que al igual que
la labranza de conservación evita el
uso del arado, podíamos intentar el
desarrollo de una semilla agrícola
que al enterrarse sola, evitase la
labor que se realiza con la
sembradora. En la naturaleza
encontramos diferentes especies
de semillas que son capaces de
enterrarse solas, pero nuestro
estudio se centrará en las especies
del género Stipa.

8. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
Las semillas del género Stipa se
caracterizan por presentar en la
parte superior un filamento
alargado que recibe el nombre de
arista. La arista está formada por
dos partes: la columna, que tiene
forma espiral y en su base porta la
semilla; y la seta o pico, que es
recta con la superficie lisa o pelosa.
La seta forma un ángulo con la
columna; de ahí se dice que la seta
es geniculada. La forma y longitud
de las aristas de las especies del
género Stipa no es igual.

9. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
Aunque su estructura interna es similar, la
columna presenta dos tipos de células: unas
con paredes delgadas y otras con paredes
gruesas. Además, la disposición no es
homogénea, concentrándose las células de
paredes delgadas en un área diferente a la
de paredes gruesas. Esta disposición
confiere al filamento la capacidad de
moverse en función de los cambios de
humedad. Cuando la arista se humedece, el
agua se introduce en las paredes celulares,
creando tensiones entre los dos grupos de
células que permiten que la columna se
disponga recta (A). Un proceso similar
ocurre cuando se seca. En este caso, al
perder agua las paredes celulares, unas
células se acortan más que otras, lo que
provoca que la columna se torsione
adquiriendo la forma espiral(B). Este
proceso, en cambio, no tiene lugar en la seta
o pico de la arista.

10. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
La arista ha jugado diferentes papeles a lo largo
de la evolución: las más primitivas se
caracterizan por tener aristas cortas y ser la
lema plumosa, lo que indicaría su posible papel
en la dispersión anemocora de los frutos. Las
especies más evolucionadas presentan aristas
más largas. La longitud de la columna
condiciona la fuerza que ésta puede ejercer, de
tal forma que en las especies con una arista de
longitud intermedia sólo pueden utilizarla para
desprender el fruto de la espiga que lo porta o
desplazarse rotando sobre la superficie del
suelo. Sólo en las especies que presentan
aristas muy largas, donde las columnas de las
aristas ejercen fuerzas mayores, observamos el
enterramiento de las semillas o
tripanoespermia . La ventaja que confiere este
tipo de comportamiento a las semillas es que
evita la depredación por las hormigas ,
minimiza los daños en caso de que un incendio
queme la superficie del terreno y sitúa a la
semilla en unas condiciones óptimas para su
germinación.

11. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
La hipótesis que planteamos a la hora de
realizar nuestro trabajo fue que debía existir
una relación entre el tamaño de la columna que
porta la semilla y el peso de ésta.
Para comprobar esta hipótesis, utilizamos
semillas de cinco especies del género Stipa
que se caracterizaban por tener semillas de
diferentes pesos y aristas de diferentes
longitudes. Estas especies son: S. clausa (3),
S. ibérica (1), S. capensis (5), S.tenaccisima (4)
y S. gigantea (2). Para determinar el peso de la
semillas utilizamos el trabajo de Sánchez et al.
(2002), que establece la siguiente relación
entre la longitud de una semilla de Gramínea y
su peso: Peso = - 9,30 + 1,06 Ln (longitud
de la semilla)
La fuerza que ejerce la columna se determinó
utilizando una báscula de precisión .

12. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
Para expresar la relación
empleamos un formato de línea de
tendencia logarítmica que nos dio
un valor de coeficiente de
correlación de r2 = 0,9711.Con lo
que llegamos a establecer la
siguiente fórmula predictiva entre el
peso en miligramos de una semilla
de Stipa y la fuerza en Nw que
tiene que ejercer su columna:
Fuerza = 0,441 Ln (peso) + 0,18025
Los números representan las diferentes especies
(1) S. capensis
(2) S. spartea
(3) S. clausa
(4) S. gigantea
(5) S. iberica

13. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
El siguiente paso de nuestro trabajo fue
averiguar si la fuerza que desarrolla la
arista para una semilla concreta excede
las necesidades que la semilla tiene, en
función de su peso, para ser enterrada.
Para ello montamos un diseño
experimental que permitía reproducir,
en cuatro tubos de ensayo, las
variaciones de humedad que tienen
lugar en la naturaleza a lo largo del día
y que permiten el enterramiento de la
semilla. Utilizando semillas de Stipa
gigantea que tienen una longitud de
columna de 46 mm (4), las acortamos
de forma progresiva. Así quedó una con
36 mm (3), otra con 26 mm (2) y
finalmente otra con 6 mm (1), dejando
una íntegra que nos serviría de control.
Al realizar la experiencia resultó que, a
excepción de la que había en el tubo
control, ninguna se enterró.

14. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
Finalmente repetimos el experimento
incorporando a las semillas de S.
gigantea, Stipa clausa y Stipa
tenaccisima el filamento de Stipa
ibérica. El filamento de esta última
desarrolla una fuerza superior a la
que realiza el filamento del resto de
las especies. Al realizar la
experiencia pudimos ver que las
semillas de los cuatro tubos se
enterraron.

15. Biomecánica de la arista del género Stipa y su
aplicación en la agricultura
De esto deducimos que la relación
entre el peso de la semilla y la fuerza
que realiza la columna es muy
estrecha, ya que en la naturaleza no
existen semillas que porten aristas que
desarrollen una fuerza
innecesariamente superior para
enterrarlas. Tal vez, la selección natural
actué eliminando las columnas cortas
de la aristas por su ineficacia y las
largas por su coste en cuanto al
metabolismo energético de la planta.
Esto explicaría la diferente longitud de
las aristas de plantas que viven en el
mismo lugar, como S. gigantea y S.
clausa en el monte de Costajan
(Burgos), pero que portan semillas de
diferente peso. Para finalizar, diremos
que este principio deberemos tenerlo en
cuenta cuando podamos aplicar la
ingeniería genética a las semillas de
interés agronómico.