Come sbocciano i gigli

On May 9, 2011

In primavera sbocciano i fiori e… nuove idee matematiche! In questa stagione, infatti, alcuni matematici dedicano il loro lavoro alla descrizione scientifica di vari fenomeni naturali. In particolare, secondo una nuova ricerca, la descrizione della fioritura dei gigli potrebbe rivelarsi utile anche per lo sviluppo di nuovi materiali.

Negli ultimi anni L. Mahadevan, ingegnere matematico con una passione per la fisica macroscopica e per la biologia, docente di matematica applicata all’Università di Harvard, ha dedicato la propria attività di ricerca alla descrizione della fisica e della matematica su cui si basano fenomeni quotidiani, spesso poco conosciuti dal punto di vista scientifico. Per esempio, il professore ha studiato lo sventolìo di una bandiera al vento, oppure la tendenza dei cereali nel latte ad aggregarsi o ad appiccicarsi alla tazza. O, ancora, la progressiva formazione di rughe sulle mele che avvizziscono (descrizione che gli è valsa il premio IgNobel nel 1997) o i rapidi movimenti della dionea (una pianta carnivora).

Nel suo ultimo lavoro, Mahadecan ha focalizzato la sua attenzione sullo studio dei gigli, e in particolare sul meccanismo della loro fioritura.

In poesia, in pittura ed anche nel linguaggio comune spesso si possono trovare riferimenti al fiore del giglio come simbolo di purezza. Tuttavia, prima di Mahadevan e del suo collaboratore Haiyi Liang, ora all’Università di Hefei, in Cina, nessuno aveva indagato a fondo i processi fisici che rendono possibile tale meraviglia.

Per prima cosa, i due ricercatori hanno osservato bene tutto il processo di fioritura del Lilium Casablanca, aiutati da una telecamera ad alta velocità.

In principio, ovviamente, vi è solo il bocciolo, che risulta costituito da tre petali interni e tre sepali esterni. A un certo punto, il bocciolo si apre.

Come affermato dagli scienziati sulle pagine della rivista «Pnas», “per altri tipi di fiori sono state proposte due spiegazioni principali. L’apertura dei petali può essere guidata da una crescita differenziale delle superfici superiori e inferiori dei petali stessi: una cresce di più e l’altra di meno e la tensione che si crea spinge il petalo all’esterno. Un’altra spiegazione chiama in causa la nervatura centrale che corre lungo il petalo; anche in questo caso, la nervatura crescerebbe più rapidamente del resto del petalo, spingendolo all’infuori”. Tuttavia, osservando il processo al rallentatore e allestendo alcuni esperimenti (consistenti, per esempio, nell’eliminare la nervatura centrale dai petali e sepali dei loro fiori), Mahadevan e Liang hanno scoperto che questi due meccanismi rivestono solo minimi ruoli nel processo di fioritura del giglio. Nel caso di questo particolare fiore, ha un ruolo fondamentale la crescita differenziale (più veloce) dei bordi dei petali. Infatti, dato che i bordi crescono più velocemente del resto della lamina che costituisce il petalo, essi tendono ad arricciarsi e questo crea la tensione necessaria a far sbocciare il fiore.

Terminata la fase di osservazione del fenomeno, i ricercatori hanno descritto il meccanismo con formule matematiche, sottolineando che tale processo determina anche la forma delle foglie allungate, che infatti presentano bordi leggermente ondulati. Secondo Liang, tale scoperta rappresenta “un’ulteriore conferma dell’analogia fisiologica che esiste tra foglie e fiori, e del fatto che questi ultimi non sono altro che foglie modificate, come aveva intuito già Goethe, descrivendo il fenomeno in un breve trattato dedicato alla metamorfosi delle piante”.

Questo lavoro non è solo, affermano Mahadevan e Liang, un “tentativo di infondere un’estetica scientifica in un oggetto che è già rappresentazione di bellezza”. Infatti, come spiegano gli autori della ricerca, esso potrebbe anche avere applicazioni pratiche nell’ambito di approcci ingegneristici di tipo biomimetico, per esempio“nell’ambito della progettazione di sensori ambientali costituiti da film sottili di nuovi materiali in grado di modificare la propria forma solo alle estremità, come fanno i petali del giglio”.

A cura di Alice Sepe
Fonte: http://oggiscienza.wordpress.com/2011/04/05/come-sbocciano-i-gigli/