Los investigadores de Virginia Tech descubrieron que las plantas de trigo que “estornudan” debido a la condensación pueden tener un gran impacto en la propagación de enfermedades transmitidas por esporas, como la roya de la hoja de trigo, que puede causar pérdidas en el rendimiento de los cultivos de hasta el 20 por ciento o más en los Estados Unidos y mayores pérdidas promedio en las naciones agrícolas menos desarrolladas.

El estudio, publicado el 19 de junio y publicado en la portada del Journal of Royal Society Interface, es parte de una subvención de tres años obtenida del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del Departamento de Agricultura de EE. UU. Para estudiar la dispersión de patógenos del trigo en Salpicadura de lluvia y condensación de salto-gota.

Jonathan Boreyko, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería es investigador coautor de la beca y David Schmale, profesor de topatología, siología y ciencia de las malezas en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida, es el investigador principal del proyecto de $500,000.

“El profesor Schmale había visto parte del trabajo que hemos estado haciendo sobre la condensación y tenía curiosidad por ver qué podíamos aprender sobre la condensación en las hojas de trigo” , dijo Boreyko. “El proyecto no comenzó con ninguna expectativa, pero la gente ya sabía que la lluvia y el viento provocaron que las esporas patógenas se eliminaran de las plantas y se propagaran a otras, y queríamos ver si la condensación también podría tener un papel en la dispersión de esporas. . ”

Se les dijo a los estudiantes involucrados en el estudio que no esperaran gotas saltando en sus pruebas de condensación, ya que se sabe que las gotas solo ocurren en supercies especícas, es decir, supercies superhidrofóbicas normalmente asociadas con materiales exóticos, como hojas de loto y piel de gecko. Las supercies superhidrófobas no humectan, y cuando el condensado esférico crece, las gotitas se unen para liberar la tensión de la supercie, que se convierte en energía cinética, que las expulsa de la supercie.

“Conceptualmente, lo que las plantas están haciendo es estornudar” , dijo Boreyko. “Las gotas que saltan, a razón de 100 o más por hora, son una expulsión violenta de rocío de la supercie. Es bueno para la planta porque está eliminando las esporas de sí misma, pero es malo porque, como un estornudo humano, el líquido “las gotitas están encontrando su camino hacia las plantas vecinas. Como un resfriado, es fácil ver cómo una sola planta infectada podría propagar una enfermedad en todo un cultivo”.

El artículo, coautor de Saurabh Nath y Farzad Ahmadi, estudiantes graduados de mecánica de ingeniería en el laboratorio de Boreyko, mostró que las gotas que saltan pueden aumentar dramáticamente la dispersión de las esporas de la enfermedad.

“Queríamos averiguar, primero si las gotitas de condensación pueden transportar esporas, y si bien el 90 por ciento de ellas solo tienen una espora, hemos visto casos en los que una gota ha transportado hasta 11” , dijo Ahmadi. “También observamos qué tan alto pueden saltar las esporas y si pueden pasar la capa límite de la hoja”.

La capa límite, que tiene un espesor de aproximadamente un milímetro, es la región del aire cerca de la supercie de la hoja donde el viento no afecta a la gota. Si la energía cinética de la fusión mueve la gota que salta por encima de la capa límite, el viento puede tomar la gota. Dependiendo de la velocidad del viento, es factible que la gota se mueva grandes distancias, incluso a campos o granjas vecinas.

“Usando papel sensible al agua, medimos qué tan alto pueden saltar las gotas” , dijo Ahmadi. “Un punto azul en el papel nos muestra una gota y un punto rojizo nos muestra una espora, por lo que de esta manera podemos calcular tanto la altura como el número de esporas en la gota”.

Las gotitas en las pruebas de Ahmadi saltaron de 2 a 5 milímetros desde la supercie de la hoja, muy por encima de la distancia necesaria para que el viento las recoja en otro lugar.

“Es importante darse cuenta de que estas gotas son de tamaño microscópico” , explicó Boreyko. “Cada gota tiene aproximadamente el mismo tamaño que el grosor de un cabello humano (unos 50 micrómetros), por lo que todo esto sucede a una escala que no notamos. Un viento de 0,1 metros por segundo puede soportar el peso de una gota que salta , mientras que una gota directamente en la hoja requiere un viento de 10 metros por segundo, 100 veces más fuerte para eliminarla. Una vez que está en el viento, no existe, hipotéticamente, un límite a la distancia que se puede transportar “.

La baja velocidad del viento necesaria para transportar las gotas signica que las gotas de rocío llenas de esporas pueden tener un gran impacto en la salud del cultivo en un área muy amplia. “Sabemos ahora que el viento y la lluvia no son los únicos factores en la propagación de enfermedades entre los cultivos”, dijo Boreyko.

“Usando papel sensible al agua, medimos qué tan alto pueden saltar las gotas” , dijo Ahmadi. “Un punto azul en el papel nos muestra una gota y un punto rojizo nos muestra una espora, por lo que de esta manera podemos calcular tanto la altura como el número de esporas en la gota”.

Las gotitas en las pruebas de Ahmadi saltaron de 2 a 5 milímetros desde la supercie de la hoja, muy por encima de la distancia necesaria para que el viento las recoja en otro lugar.

“Es importante darse cuenta de que estas gotas son de tamaño microscópico” , explicó Boreyko. “Cada gota tiene aproximadamente el mismo tamaño que el grosor de un cabello humano (unos 50 micrómetros), por lo que todo esto sucede a una escala que no notamos. Un viento de 0,1 metros por segundo puede soportar el peso de una gota que salta , mientras que una gota directamente en la hoja requiere un viento de 10 metros por segundo, 100 veces más fuerte para eliminarla. Una vez que está en el viento, no existe, hipotéticamente, un límite a la distancia que se puede transportar “.

La baja velocidad del viento necesaria para transportar las gotas signica que las gotas de rocío llenas de esporas pueden tener un gran impacto en la salud del cultivo en un área muy amplia. “Sabemos ahora que el viento y la lluvia no son los únicos factores en la propagación de enfermedades entre los cultivos”, dijo Boreyko.

La siguiente fase del experimento continuo para Boreyko y su equipo es ver hasta qué punto el viento puede transportar las gotas que contienen esporas. Utilizando papel sensible al agua que se extiende en diferentes distancias de una hoja de trigo, el equipo usará ventiladores para simular el viento y recopilar datos sobre la dispersión de gotitas y esporas.