2.1 Limpieza, selección del material vegetal y extracción de la epidermis conteniendo la cutícula

En plantas vigorosas del garambullo (G., Myrtillocactus geometrizans), agave (A.; Agave salmiana), nopal (N.; Opuntia spinulifera) y sábila (S; Aloe vera), fue seleccionado un segmento en su parte vegetativa adulta, con edad aproximada entre 2 y 3 años para las pencas, excepto para S que fue más joven (aprox. 1 año). Sobre los segmentos recolectados se hizo correr agua con una piseta de laboratorio simulando una llovizna para eliminar la suciedad ambiental. Después de que los materiales vegetales se secaron durante 24 h en espacio abierto, se procedió a la extracción de la epidermis, que conlleva la cutícula adherida, eligiendo para ello la región media de la rama/penca/hoja, proveniente de la cara más expuesta al sol en todos individuos. De forma manual, y con auxilio de un sacabocados con un diámetro de 1.452 cm, se obtuvieron las muestras de epidermis de cada especie. Solo en el caso de A, la operación se facilitó rasgando con un cúter de oficina para, posteriormente, pellizcar con la uña desprendiendo secciones de superficies variadas, según la habilidad. De las muestras circulares de G, N y S fueron eliminados los tejidos verdes y blandos (clorénquima y parénquima), mediante el raspado con un cuchillo, espátula metálica o bien, sobre superficie áspera, como la de un cedazo metálico o plásticos, hasta conseguir una apariencia y color similar a la cara externa.

2.2 Análisis del porcentaje de pérdida de masa en cutículas vegetales

Para evaluar la estabilidad estructural, la capacidad de retención de humedad y el grado de degradación material de las cutículas de las especies bajo estudio (agave, nopal, sábila y garambullo) al ser sometidas a estrés térmico, se determinó el porcentaje de pérdida de masa celular (% Δm) en cada una de las réplicas experimentales.

2.3 Caracterización de la calidad física de la epidermis

Las determinaciones para referir la calidad de la epidermis de G, A, N y S fueron en términos de grosor, densidad másica, dureza y microscopia óptica. La estimación del grosor se realizó mediante un calibrador vernier electrónico digital (marca Control Company, Traceable) sobre los recortes circulares extraídos en quintuplicado. Para la determinación de la densidad másica o el peso específico ρ=m/A. se utilizó una balanza analítica (marca Pionner Ohaus), con ella se pesaron los recortes circulares de la piel con un área establecida (1.452 cm²). La medición de la dureza se realizó a través de un durómetro digital (Dureza shore escala A) para materiales medianamente blandos como el cuero y el plástico. Este instrumento presenta una punta metálica en la parte inferior que hará contacto directo con el recorte de la epidermis y ejerce una presión mostrando en pantalla el valor de la dureza expresado en grados. Para cada material fueron ejecutadas 6 réplicas, con la finalidad de obtener un promedio. Con el fin de compensar las diferencias en grosor de las epidermis de G, A, N y S se estableció sobreponer varias capas de epidermis de aquellos materiales delgados que G, para luego proceder a aplicar la fuerza con el durómetro. Ese ajuste fue considerado en los resultados, dividiendo entre el total de capas sobrepuestas en la medición. Respecto a la microscopia óptica y densidad estomática (p_est = # estomas/A), las examinaciones de las epidermis vegetales en su cara externa fueron realizadas con un microscopio óptico (LABOMED CxL) a diferentes magnificaciones (40x, 100x y 400x), pero la cuantificación de estomas fue resuelta con mayor precisión en 100x para todos los materiales.

2.4 Análisis de combustión o resistencia térmica

El ensayo de combustión o resistencia térmica de las epidermis vegetales fue atendido con una placa de calentamiento análoga nivel laboratorio (marca Felisa, mod. FE-313), colocando sobre su superficie la cara externa de cada material vegetal a combustionar. A continuación, se encendió el equipo y por intervalos de un minuto se registró la temperatura por medio de una termo pistola (marca Fluke mod.64 Max) con señalador láser. El ensayo transcurrió hasta la obtención de las cenizas.

3.1 Extracción de la epidermis conteniendo la cutícula

El aspecto y la epidermis ya limpia, se muestran en la Figura 1, la fotografía fue tomada desde su cara externa para exhibir la cutícula. Un fenómeno físico y opuesto entre las epidermis se presenció después de la limpieza (posterior al retiro de la pulpa). Los recortes tienden a enrollarse hacia adentro por la cara interna formando un cilindro a manera de pergamino, más pronunciado para la especie A que para N y S, en tanto G hizo tendencia ligera a flexionarse, pero en forma inversa.

Figura 1 Cara externa de recortes de epidermis; de izquierda a derecha: garambullo, agave, nopal y sábila. 

3.2 Determinación de la pérdida de masa

El análisis del porcentaje de pérdida de masa (% Δm), posterior al estrés térmico, evidenció variaciones numéricas notables en la capacidad de retención estructural entre las especies evaluadas, ordenándose de menor a mayor afectación de la siguiente manera: agave (28.3 % ± 4.4 %), nopal (35.9 % ±1.8 %), sábila (40.0 % ± 8.8 %) y garambullo (40.7 % ±4.1 %). El Análisis de Varianza (ANOVA) de un factor aplicado a estos porcentajes arrojó un valor de F = 3.3294 y un valor p = 0.0772 (Figura 2). Bajo el criterio estándar de significancia (α= 0.05), este resultado se traduce en una tendencia marginalmente significativa (p < 0.10), lo que indica que, si bien el comportamiento global ante la transferencia de calor tiende a la homogeneidad, la cutícula de Agave exhibe una clara propensión biológica a una menor degradación física y una mayor resistencia macroestructural frente a la desecación extrema, en comparación con el resto de las cactáceas y suculentas analizadas.

Figura 2 Valores en porcentaje de pérdida de masa posterior al estrés térmico en el agave, nopal, sábila y garambullo.  

Esta menor pérdida de masa en el agave podría estar asociada a una mayor densidad estomática, al grosor de los depósitos de ceras epicuticulares o a la composición polimérica de la cutina, atributos que optimizan la protección del tejido interno bajo escenarios de incendios forestales o estrés por calor severo.

3.3 Caracterización de la calidad física de la epidermis

En el Cuadro 1 aparecen los valores promedio del grosor, densidad y dureza de la epidermis de G, A, N y S. Referente al grosor, G se perfiló con 0.65±0.035 mm que lo colocó 20.66x más que el material más delgado, S (0.03 ±0.003 mm), A y N mostraron valor bajo e idéntico de 0.08 (desviaciones estándares ±0.010 y ±0.006 mm respectivamente). Existen escasos reportes para el grosor de epidermis de las especies aquí investigadas, se encontró que ^{Pérez España et al. (2022)} menciona que para la “cutícula” de hoja de Agave salmiana, se obtuvo un valor de 8.67 micras que resulta 10x menor que el aquí reportado para la “epidermis” de la hoja de A (siendo mismo agave). La importancia de la medición del grosor radica, desde las investigaciones generales, que refieren como al gran éxito de las plantas para adaptarse a las condiciones terrestres en el curso de la evolución con la creación de gruesas cutículas para evitar la deshidratación de sus cuerpos. Otra característica física asociada y poco documentada, es la densidad o peso específico, que para la epidermis fue referida a la superficie (quedando como g/m²). G congruente a su mayor grosor nuevamente se posicionó con 13.57x más densa que S (47.67 ±0.001 g/m²), siendo la más ligera. En las epidermis de A y N se determinó 82.75 y 75.70 ±0.0003 g/m² respectivamente. ^{Vargas Rodríguez et al. (2017)} obtuvieron en la cutícula de cladodios (edad 2 años) de nopal especie Opuntia spinulifera un grosor destacado de 0.15 y 0.28 mm y una densidad másica de 11 mg/cm² (110 g/m²).

En el presente trabajo de investigación, se consideró la dureza de los materiales epidérmicos, la cual refleja el nivel de protección que otorga a las estructuras internas de la planta. Los resultados indican que, G obtuvo el máximo valor de dureza de 74.00 ±2.944° superando en 5.88x al material más frágil, S (10.75 ±1.493º), en tanto que 2.18x para A (23.25 ±1.887º) y 1.49x para N (29.75 ±1.109 º). Ante la falta de antecedentes indexados sobre la dureza de estas cutículas, que permitieran una discusión comparativa, se optó por evaluar materiales de uso común como controles de referencia. De este modo, la dureza máxima de G puede homologarse a la de una tapa rosca de polímero comercial (72.50 ± 3.291), mientras que para S se aproxima al comportamiento de una manguera de hule para venoclisis (20.42 ± 1.455).

3.3 Caracterización microscópica

La microscopia óptica de las caras externas de epidermis de las 4 especies permitió establecer la densidad estomática de cada material (ρ = #estomas/mm²), eso se obtuvo, de forma óptima, en vistas con aumentos de 100x en todos los casos. En el Cuadro 2 se presentan los valores correspondientes, posicionando 1º A (24.36 ±0.556) > 2º N (22.01±1.667) > 3º G (16.70 ±0.834) > 4º S (14.34 ±0.278).

Recordando que los estomas son los espacios en la epidermis que contienen los poros (llamados ostiolos), a través de los cuales las plantas realizan el intercambio gaseoso con el medio exterior tanto de agua, oxígeno como de dióxido de carbono. Mecanismo importante que se considera en el estudio de un proceso de deshidratación de las plantas que se enfrentan al calor, por ejemplo, la presencia del fuego. La especie G fue la de menor densidad estomática comparada con A y N (provenientes del mismo ambiente semiárido), característica que le otorga ventaja de resistencia a la deshidratación y, por consiguiente, mayor capacidad de protección de estructuras internas. ^{Hernández et al. (2007)}, analizaron epidermis de 20 poblaciones de Myrtillocactus metrizans provenientes de 6 estados de la república mexicana (San Luis Potosí, Guanajuato, Querétaro, Oaxaca, Hidalgo y Puebla), reportando densidades promedio de estomas por población con 18 para la mínima y 30 mm² para la máxima. Los mismos autores señalan que ^{Pimienta Barrios et al. (1993)} publicaron un rango de densidades de 9-38 estomas/mm² para Opuntias; el valor de 22.01±1.667 para N aquí determinado es congruente con ese reporte, adicionalmente en ^{Vargas Rodríguez et al. (2017)} citan a la cutícula de cladodios de nopal Opuntia ficus indica (edad 2 años) como una barrera poco porosa con 28 estomas/mm². Otra congruencia obtenida fue el resultado de 24.36 ±0.556 estomas/mm² en la especie A con el trabajo de por ^{Pérez España et al. (2022)} que refieren un rango de 22.67 a 27.67 estomas/mm² y aseveran, sus datos están acorde a los citados por diversos autores. ^{Vargas et al. (2018)}, en su estudio de la capacidad de permeación de agua en la hoja mixiotera (“cutícula”) para hojas de Agave salmiana evidenciaron un material de grosor 0.114 mm y densidad másica de 7.2 mg/cm² (72 g/m²).

En el caso de la densidad estomática para Aloe vera, solo se encontró a ^{Sánchez et al. (2011)} que han reportado 2.95 estomas/mm² en epidermis de hoja adaxial de sábila aclimatada valor distinto al determinado en este estudio de 14.34 ±0.278 estomas/mm². Sin duda, una densidad baja de estomas contribuye a un mejor balance en la economía del agua en estas plantas del semiárido, interpretado así por ^{Hernández Valencia et al. (2003)} como una respuesta de aclimatación para reducir la pérdida de agua.

La Figura 3, muestra la cara externa de las epidermis para las 4 especies examinadas (Figura 3A-3D) con vistas a 400x para mejor detalle estructural. En la misma Figura 3E y 3F se muestran los aumentos a 100x para G y A respectivamente, intencionadas para presentar un número mayor de estomas por campo visual. De este análisis de microscopía óptica, se reconoció que G (Figura 3E) presentó formas de sus estomas en 3D, por encima del nivel de las células epidérmicas, bajo un arreglo o aspecto de distribución que lo llamamos de escurrimiento por manifestarse como gotas en camino con 3 o más estomas en hilera. En tanto que las otras especies (A, N y S) tuvieron sus estomas al mismo nivel o plano del tapizado de las células epidérmicas. Esta característica morfológica para G de 3D sugiere un factor de arquitectura de estomas adicional, que podría inducir a una reducción en la tasa de evaporación de agua de la planta (respecto a las estructuras 2D de especies relacionadas como las aquí consideradas, A y N).

Figura 3 Microscopia óptica en campo claro para las caras externas de las epidermis de garambullo (G), agave (A), nopal y sábila a 400x (A-D) y vistas para G y S a 100x (E y F). 

3.4 Análisis de combustión o resistencia al calor

El ensayo para la evaluación a la resistencia térmica de las epidermis de las 4 especies desde su cara externa es presentado en su secuencia en la Figura 4. En ella aparece el avance en colorimetría en relación con el incremento de temperatura hacia la combustión (A-E) para cada especie, con su anotación del tiempo transcurrido y temperatura registrada en inicio, mitad y finalización. La finalización, fue establecida con la generación de cenizas negras. Adicionalmente, la Figura 4F para las 4 especies presentan la vista al microscopio en 100x para cada etapa del ensayo en que se identificó como un punto de ruptura de estructura, a considerarse “daños irreparables”, ese momento fue el correspondiente con las imagenes 3-D en el ensayo hacia la combustión. También, se observó que en terminos generales, hablando de temperatura eso ocurrió en un valor ligeramente superior a una temperatura media, es decir la Tmáxima/2. Comparando las imágenes de la Figura 4F, se puede evidenciar cualitativamente, que G destaca respecto a las otras (A, N y S) en preservar mejor su estructura celular si se recuerda la incial u original (Figura 4A y Figura 4E), aunque llama la atención el color naranja intenso que manifiesta. Las epidermis observadas en la Figura 4A correspondientes a A, N y S confrontadas al calor

Figura 4 Secuencia fotográfica de la resistencia térmica en las caras externas de las epidermis de G, A, N y S con registros de temperaturas y tiempos en avance. Secuencia en fila de las etapas A-E para G (garambullo), A (agave), N (nopal) y S (sábila). F vista al microscopio 100x para las epidermis en etapa D de cada especie. 

durante el ensayo, indistintamente de las condiciones tendieron a enrrollarse hacia la cara interna como se puede apreciar en la secuencia de esas fotografías (Figura 4A-4E), fenómeno que se enfatiza para A. En tanto, G tuvo por comportamiento el opuesto de curvarse ligeramente hacia la cara externa que hacía contacto con la fuente de calor (superficie de placa de calentamiento) como se presenta desde 4A4E para caso G. Las temperaturas máximas y los tiempos transcurridos aparecen en las Figura 4E debajo de cada fotografía que muestra la epidermis en el instante de culminación del experimento (denotado por las cenizas negras). G sostuvo la mayor resistencia térmica con temperatura máxima de 292.2667 ±18.2511^oC y tiempo de 42 minutos, por otra parte las especies A, N y S registraron 268.467 ±4.0770 ^oC, 273.20 ±2.0075 °C y 279.2040 ±14.0328 ^oC respectivamente; sin embargo, la variable de tiempo fue la que se demostró, con mayor significancia, quedando con menos tiempo para A, de 28 minutos y tiempos aún más cortos para N y S con 26 minutos en ese ensayo.

La forma cuantitativa de presentar los resultados del ensayo por triplicado de resistencia térmica para la epidermis de las especies G, A, N y S son presentados en los gráficos de la Figura 5A-D.

Figura 5 Gráficos de ensayos por triplicado de resistencia térmica para la epidermis de las especies. A) garambullo, B) Nopal, C) agave y D) sábila. La flecha (à) en 3B indica el punto (coordenadas Tt) de ruptura de estructura en la epidermis siendo más marcado en N. 

Como observación para los gráficos de la Figura 5, se consideraron tiempos mayores para garantizar un mayor registro de datos y con ello realizar ajustes del comportamiento manifestado. Las epidermis de las especies G, A, N y S exhiben, en términos generales, un comportamiento morfológico similar, tal como se evidencia en las micrografías obtenidas. Para el análisis de los datos, se realizó un ajuste mediante una ecuación de segundo orden. No obstante, destaca en la Figura 5B (correspondiente a la especie N) un punto con coordenadas de 191.33 ± 7.41 °C y 10 min; este valor, altamente reproducible en la experimentación, genera una inflexión en la línea de tendencia. Al analizar ese intervalo mediante microscopía óptica (Figura 3F), se observaron alteraciones estructurales que sugieren la degradación de celulosa, de acuerdo con lo reportado por ^{Barrera-Calva et al. (2021)}, en su evaluación del calor de combustión de especies semiáridas. Si bien, las observaciones experimentales en las especies G, A y S sugieren la presencia de un fenómeno similar, este es menos pronunciado en sus respectivos gráficos, por lo que su confirmación requiere de estudios complementarios. Por lo tanto, la validación de estos umbrales térmicos y la estabilidad de la cutícula permiten proponer a estas especies como una solución basada en la naturaleza altamente efectiva. Su implementación estratégica en la interfaz urbano-forestal representa una alternativa sostenible para reducir la vulnerabilidad territorial ante los incendios forestales.

Un desafío inherente al uso de las especies nativas evaluadas (M. geometrizans, A. salmiana y O. spinulifera) es su tasa de crecimiento relativamente lenta en comparación con especies arbustivas o arbóreas exóticas. Sin embargo, desde la perspectiva de las soluciones basadas en la naturaleza (SBN), este atributo biológico se traduce en una mayor persistencia temporal y un requerimiento mínimo de mantenimiento hídrico y operativo. Para mitigar la ventana de vulnerabilidad durante el periodo de establecimiento de estas plantas, se recomienda la implementación de barreras vivas mixtas. Este diseño contempla la combinación inicial de herbáceas o arbustivas nativas de rápido crecimiento y baja inflamabilidad que provean protección a corto plazo, mientras que las especies suculentas y cactáceas -con una capacidad superior de resistencia térmica demostrada en este estudio- consolidan la estructura de la barrera permanente a mediano y largo plazo. Asimismo, se propone que, el establecimiento en campo de estas especies se acompañe de la incorporación de abono orgánico en el sustrato de plantación; esta práctica optimiza la retención de la humedad y estimula el desarrollo radicular inicial, acelerando, significativamente, su crecimiento posterior, sin alterar las propiedades ecofisiológicas de resistencia al estrés hídrico. En definitiva, la integración de estos cinturones verdes en zonas con cultivos preexistentes de agave o nopal optimiza los esfuerzos de manejo de combustibles en la región, sin comprometer los tiempos de respuesta comunitaria.

Finalmente, es importante mencionar que para consolidar estos resultados bajo un enfoque de modelación, es imperativo avanzar hacia ensayos de inflamabilidad que impliquen el contacto directo con la llama a temperaturas superiores a los 500 °C. Futuras investigaciones deberán integrar análisis termogravimétricos, la determinación del Índice de Oxígeno Límite (LOI) y la caracterización química detallada de la cutícula. Solo mediante la comprensión de la cinética de combustión y el calor de reacción de estas estructuras, será posible generar modelos predictivos que expliquen la complejidad del proceso de ignición en estas especies.