一項研究顯示，密集種植的向日葵透過隨機移動來確保最佳的陽光捕獲，這突顯了環狀運動在植物生長和相互支持中的作用。特拉維夫大學的研究小組發現，生長在茂密環境中的植物可以透過固有的隨機運動（即環旋運動）優化陽光捕捉，最大限度地減少相互遮蔽。

這項研究是與科羅拉多大學博爾德分校合作進行的，揭示了這些運動在集體層面上增強光合作用的重要性，並解決了達爾文最初觀察到的一個長期存在的科學難題。

先前的研究表明，如果向日葵被密集地種植在一塊田地裡，相互遮擋，它們就會以”之”字形生長- 一前一後，這樣就不會相互遮擋。這樣，它們並排生長，可以最大限度地獲得陽光照射，從而在集體層面上進行光合作用。特拉維夫大學生命科學學院植物科學和食品安全學院的首席研究員亞斯明-梅羅茲教授說：”事實上，植物知道如何區分建築物的陰影和葉子的綠色陰影。如果它們感覺到建築物的陰影–它們通常不會改變生長方向，因為它們”知道”這不會有什麼影響。

雅斯敏-梅羅茲教授

在最近發表在《物理評論X》上的這項研究中，研究人員調查了向日葵如何”知道”以最佳方式生長（即集體最大限度地捕捉陽光），並分析了向日葵在實驗室中的生長動態，它們在實驗室中呈現出”之”字形圖案。梅羅茲教授和她的團隊在高密度環境中種植向日葵，並在向日葵生長過程中拍照，每隔幾分鐘拍攝一次。然後將這些照片合成一部縮時影片。透過追蹤每朵向日葵的運動，研究人員觀察到向日葵經常”跳舞」。

據研究人員稱，達爾文是第一個認識到所有植物在生長過程中都會表現出一種週期性運動（”圓週運動”）的人–莖和根都表現出這種行為。但直到今天，除了攀緣植物等少數情況外（攀緣植物在生長過程中會做巨大的圓週運動，以尋找可以抓住的東西），人們還不清楚這是一種偽裝還是生長的關鍵特徵。植物為什麼要投入能量往隨機方向生長呢？

圖片來源：特拉維夫大學

梅羅茲教授解釋說：”作為研究的一部分，我們進行了物理分析，捕捉向日葵集體中每一朵向日葵的行為，我們看到向日葵’跳舞’以尋找最佳角度，這樣每朵花都不會遮擋鄰居的陽光。從接近零位移到每隔幾分鐘向一個方向移動兩厘米，範圍超過三個數量級。

最後，梅羅茲教授補充道：”向日葵植物既能利用小而慢的步長，也能利用大而快的步長，為集體找到最佳排列方式。也就是說，如果步幅過小或過大，都會導致更多的相互遮蔽和更少的光合作用。但如果他們走得太少，擁擠的問題就無法解決，因為廣場的一角會非常擁擠，而另一邊卻空無一人。同時不考慮外部刺激，隨意移動。

特拉維夫大學和科羅拉多大學的研究人員證明，向日葵在密植時會隨機移動，以避免相互遮擋，從而有效地最大限度地提高集體光合作用。這項發現為植物行為和環行提供了重要啟示。

編譯自/ ScitechDaily