Geometría y naturaleza: por qué las espinas de las rosas cortan en lugar de pinchar

Las espinas de las rosas no son como las de los cactus o los espinos. Mientras que la mayoría de los aguijones del reino vegetal tienen una sección transversal aproximadamente circular —óptima para perforar—, las espinas de las rosas presentan una forma ovalada y aplanada que, según un nuevo estudio, las convierte en estructuras más eficaces para cortar superficies blandas.

Esa ventaja mecánica podría explicar tanto su función defensiva frente a herbívoros como su utilidad para que las rosas trepadoras se anclen a otras plantas. El trabajo fue publicado en el Journal of the Royal Society Interface por investigadores de la Universidad Técnica de Dinamarca y la de Aarhus.

El estudio fue liderado por Kaare H. Jensen, autor principal del artículo, quien lleva años investigando la física de las heridas punzantes y cortantes. Su punto de partida fue una observación aparentemente simple: al examinar aguijones de distintas especies, notó que los de las rosas tenían una geometría inusualmente plana en comparación con los de otras plantas.

“Los objetos circulares, como un clavo o una aguja, son buenos para pinchar”, declaró Jensen en declaraciones recogidas por Phys.org. “Así que, si la idea es simplemente proteger la planta, no veo razón para no tener aguijones circulares. Esto me sorprendió”, añadió.

Para poner a prueba esa intuición, el equipo midió la morfología de las espinas en 19 variedades de la familia Rosaceae y luego fabricó aguijones artificiales con polidimetilsiloxano (PDMS), un material flexible a base de silicona, con secciones transversales que iban desde formas aproximadamente circulares hasta perfiles cada vez más estrechos y aplanados.

El volumen, la longitud y el área de la punta se mantuvieron constantes en todos los especímenes para aislar el efecto puro de la geometría. Luego, un pequeño robot movió esos aguijones a través de gelatina —un material que imita las propiedades mecánicas de la piel y los tejidos blandos— replicando el movimiento que haría un animal al rozar el tallo de una rosa.

Los resultados fueron claros. Los aguijones de sección circular tendían a doblarse en la dirección del movimiento, produciendo solo rasguños superficiales en la gelatina. Los aguijones moderadamente aplanados, en cambio, combinaban un borde similar al de una cuchilla con la rigidez estructural suficiente para cortar el material.

Los aguijones muy planos —similares a pequeñas cuchillas— eran eficaces cortando, pero estructuralmente inestables: al superar una relación de aspecto de 4 entre ancho y alto, la punta comenzaba a torcerse sobre sí misma, perdiendo alineación con el eje de corte y reduciendo su efectividad.

La forma ovalada de las espinas reales de las rosas, con una relación de aspecto media de 2,7 (medida en 19 variedades), parece ser un punto intermedio entre esos extremos: suficientemente rígida para no doblarse y suficientemente afilada para lacerar.

“Diseñamos un experimento sencillo para probar el rendimiento de los aguijones en función de su forma”, explicó Jensen a Phys.org. “Los movimos en gelatina usando un pequeño robot que podía imitar el movimiento de un animal con respecto al tallo de la rosa. Resultó que los aguijones ovalados son relativamente mejores para cortar. Superan a las espinas circulares, que tienden a doblarse o deformarse”, añadió.

Los datos del estudio cuantifican esa ventaja con precisión: la morfología oval de las espinas de las rosas permite aumentar las fuerzas de cizallamiento en un 170% frente a un aguijón circular, aunque al precio de reducir la resistencia al pandeo en un 63%. Ese compromiso mecánico, lejos de ser una imperfección evolutiva, parece ser la solución que la naturaleza encontró para un problema específico: no perforar, sino desgarrar.

Las observaciones empíricas de los propios autores respaldan esa lectura; al manipular rosas, las heridas más frecuentes no son punzadas aisladas, sino laceraciones de varios centímetros de longitud, producidas cuando la mano o el antebrazo se deslizan tangencialmente sobre el tallo.

La investigación, según detalló Phys.org, tiene implicaciones que van más allá de la botánica. Comprender los límites mecánicos que determinan la forma óptima de un aguijón podría orientar el diseño de herramientas artificiales que necesiten cortar materiales blandos con precisión: desde instrumentos médicos y agrícolas hasta sistemas robóticos.

Los autores advierten, no obstante, que extrapolar los resultados a tejidos biológicos reales requiere cautela, ya que las espinas naturales tienen una arquitectura de material compuesto —con capas externas resistentes y estructuras internas más blandas— que el modelo de silicona no reproduce por completo.

“Me gustan los experimentos que ponen a prueba los límites del diseño biológico”, dijo Jensen. “Es fácil afirmar que tal o cual característica es teóricamente óptima. Pero cuantificar el rendimiento de estrategias subóptimas en el laboratorio es, de alguna manera, más divertido y revelador”.

El artículo fue coescrito por Sabrina Gennis y Matteo Pezzulla. Jensen señaló que su próxima línea de investigación apunta al efecto del uso repetido sobre la forma de los aguijones: qué geometría adopta una aguja desgastada tras múltiples perforaciones, un problema que ya comenzó a explorar con lápices como sistema modelo y que planea extender a muestras biológicas reales.