在一項新的研究中，來自美國和以色列的物理學家可能已經弄清楚了植物生長過程中的一種古怪行為–也是查爾斯-達爾文本人在其生命的最後幾十年裡所好奇的一個謎：對許多人類來說，植物可能看起來靜止不動，甚至有點無趣。但實際上，綠色植物經常移動。

例如，如果你觀看一段向日葵幼苗從土壤中探出頭來的延時攝影視頻，它並不只是筆直地向上生長。相反，在向日葵生長的過程中，它的花冠會轉圈、扭成螺旋狀，總之，會扭來扭去–儘管非常緩慢。

現在，中大博爾德分校的奧里特-佩雷格（Orit Peleg）和特拉維夫大學的亞斯明-梅羅茲（Yasmine Meroz）共同領導的研究人員發現了這些混沌運動的一個作用。在溫室實驗和電腦模擬中，研究團隊發現向日葵利用環行運動在周圍環境中尋找陽光。

這項研究的共同作者、生物前沿研究所和計算機科學系副教授佩雷格說：”很多人並沒有真正考慮過植物的運動，因為作為人類，我們通常是以錯誤的幀頻來觀察植物的。 “

研究小組於8 月15 日在《物理評論 X》雜誌上發表了他們的研究成果。這些發現有朝一日可以幫助農民提出新的策略，以更有效率的方式種植各種作物。

“我們的團隊在昆蟲群和其他動物群體的社會互動方面做了大量工作，”第一作者、生物前沿公司博士後研究員阮昌濤（Chantal Nguyen）說。 “但這項研究特別令人興奮，因為我們在植物中也看到了類似的動態。它們紮根於大地”。

Nguyen 補充說，植物通常不會像動物那樣移來移去，而是隨著時間的推移朝著不同的方向生長。根據歷史記載，達爾文在貝格爾號上航行歸來後，這種現像一直令他著迷。

19 世紀60 年代，當時身患多種疾病、行動不便的達爾文花了好幾天時間在家中觀察植物。他種下黃瓜和其他物種的種子，然後追蹤它們的植株每天是如何移動的–由此繪製的地圖看起來狂野而雜亂無章。

1863 年，他在給一位朋友的信中寫道：”我對我的捲鬚感到非常有趣–這正是適合我的那種令人頭疼的工作。”

無論是否感到有趣，達爾文都無法解釋為什麼他的一些卷鬚會扭曲。這個謎團也困惑著物理學家出身的梅羅茲。 2017 年的一項研究為她指明了正確的方向。在這項研究中，由布宜諾斯艾利斯大學領導的科學家在狹窄的條件下種植了成行的向日葵。他們發現，這些植物自然而持續地排列成”之”字形，就像拉鍊的齒一樣。這種排列方式可能有助於植物群最大限度地吸收陽光。

梅羅茲想知道，植物的擺動會不會是驅動植物生長這種模式的引擎。

植物科學和食品安全教授梅羅茲說：”對於攀緣植物來說，很明顯是要尋找可以纏繞的支撐物。但對於其他植物來說，還不清楚為什麼值得這樣做。”

為了找出答案，她和同事們將五株一週大的向日葵種植成行。然後，像達爾文一樣，他們繪製了植物在一周內的移動圖。

接下來，Nguyen 和Peleg 開發了一個電腦程式來分析向日葵生長背後的模式。研究人員還可以利用他們的電腦模擬，看看向日葵移動得多或少會發生什麼情況，換句話說，了解它們是胡亂擺動還是以緩慢而穩定的模式擺動。

研究團隊發現，如果數位植物完全不擺動，它們就會在一條直線上相互傾斜。相反，如果擺動幅度過大，它們就會以隨機模式成長。然而，如果它們的擺動恰到好處，向日葵就會形成明顯的”之”字形，而在現實生活中，”之”字形為植物提供了大量的陽光。阮解釋說，植物似乎在環繞尋找最佳光照的來源，然後朝那個方向生長。

她說：『當你在系統中加入一點噪音時，它能讓植物探索周圍環境，並進入那些能讓每株植物找到最大光照的配置。這恰好導致了我們看到的這種漂亮的之字形模式。

在未來的實驗中，研究人員將測試向日葵如何以更複雜的排列方式生長。梅羅茲很高興看到植物作為真正的”推動者”獲得了一些榮譽。

“如果我們都像植物一樣生活在相同的時間尺度上，你走在街上就能看到它們在移動，”她說。 “也許我們都會把植物當寵物。”

編譯自/ ScitechDaily