彈道傳播種子的噴瓜是天然傑作
「彈道種子傳播」在植物中並不常見——但也許有充分的理由,當你看到這種被親切地稱為「噴瓜」的植物能夠做到什麼時。這種黃瓜不需要風或動物等外部幫助,而是自己完成任務,從其細長多刺的形態的一端向空中噴射出一股快速的水流和種子。現在我們知道它是如何做到的了。
爆炸鏡頭,放慢了400 倍
牛津大學和曼徹斯特大學的研究人員揭開了植物生命中最奇特的自然壯舉之一,精心研究了這種科學上稱為Ecballium elaterium 的噴瓜。每根噴瓜都能將其加壓包裹從其無柄母株上射出10 公尺(33 英尺)以上。機械分析表明,E. elaterium 能夠將種子散播到大約250 倍於果實長度的距離。
在自然界中,大多數種子散播技術都是由外部因素決定的——風、動物、火、重力——但這種原產於地中海的非凡的小刺狀植物找到了自己的方式來完成這項工作,我們必須尊重它的身體自主權。
「種子傳播對植物的生存和種群極為重要,我們看到植物界存在各種各樣的傳播策略,每種策略都適應不同的生態需求,」曼徹斯特大學的首席研究員Finn Box 說。 “這項研究首次全面解釋了噴瓜植株如何以驚人的速度和精度發射種子——這一過程在植物界幾乎聞所未聞。”
研究人員利用高速攝影、影像分析、實驗室實驗和數學模型,能夠清楚地描繪出這種迷人的爆炸是如何發生的。到目前為止,這種不尋常而戲劇性的繁殖方式背後的驅動力尚未被完全理解。
隨著果實成熟,液體被推入連接噴瓜和植株的莖部,導致莖部變硬和伸直。噴瓜通常下垂的位置發生變化,再加上果實內部的巨大壓力,引發猛烈的爆炸,噴瓜從莖部分離,將液體和種子噴出驚人的距離。
團隊透過將影片慢速播放400 倍(即每秒10000 幀)捕捉到了這一神奇時刻,讓我們得以一睹在自然界中我們永遠無法親眼看到的E. elaterium。
「噴瓜植株的爆炸性發射經過幾代人的進化,以幫助其生存,」Box 說。 「莖部能夠重新定位到完美角度並產生足夠的壓力以最大限度地擴散,這是幫助調節植物種群的關鍵。這些機制使植物能夠將種子散播到廣闊的區域,減少後代和其他鄰近植物之間的擁擠和競爭,從而確保下一代有更好的生存機會。
但是,你不會想處於這種水流的火力線中——這種果實和植物本身一樣,都含有毒素,如果誤食可能會致命。
噴瓜為了解植物適應的世界提供了一個窗口,特別是在環境發生巨大變化的時代,並且具有醫學和生物技術用途的潛力,例如幫助藥物輸送載體更好地到達體內的特定目標。
研究團隊在研究中指出:「揭示種子傳播的物理機制是預測生態動態的關鍵因素,例如,特定生態環境中入侵遷徙物種的可能性;了解環境變遷的影響,例如氣候變遷;在某些情況下,還能啟發技術。
這項研究發表在《美國國家科學院院刊》。