在种子传播方面,许多植物依靠风或人类或动物来传播它们的种子。但对于一种黄瓜来说,种子的传播方式则更加爆炸性。
在比利时安特卫普举行的实验生物学年会(Society for Experimental Biology Annual Conference)上公布的新发现,研究了喷射黄瓜(Ecballium elaterium)是如何进化出能够弹出种子的能力的。
“通过高速录像观察这些爆炸非常有趣,因为爆炸发生得太快了,无法实时看到任何东西!”德国基尔大学动物学研究所功能形态学与生物力学系的博士生 Helen Gorges 在一份新闻稿中说道。
黄瓜种子发射
虽然关于种子传播我们已经了解很多,但对于像喷射黄瓜那样的自传播方式,我们了解得却很少。我们所知道的是,这些黄瓜利用内部积聚的压力以近乎弹道的速度弹出种子。
“许多因素必须完美地协同作用,才能最有效地传播种子,同时又不会过早地摧毁整个植株,”Gorges 在新闻稿中说。
为了避免资源和空间的竞争,这些黄瓜必须尽可能远地传播它们的种子。在这项研究中,研究小组想了解黄瓜植株是如何在不影响果实生长的同时,最大化其种子传播能力的。
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比肉眼看到的速度还快
在研究过程中,Gorges 和她的团队使用微计算机断层扫描技术生成了整个果实的 3D 模型。该团队还使用了高速摄像设备和微 CT 成像技术,捕捉了种子传播的精细细节画面。
“我们以每秒 1000 帧和 10000 帧的高速视频录制了果实的爆炸,以计算种子的速度和可能的发射距离,”Gorges 在新闻稿中说。“我们还分析了果实成熟过程中的图片,以测量果实茎的曲率以及果实与茎之间的角度。”
根据录像,这些黄瓜可以将种子以高达每小时 29 英里的速度发射出去,射程近 40 英尺。
喷射黄瓜与医学进步
为了最大化种子传播,研究小组注意到黄瓜的茎呈 53 度角,接近理论上最大射程的理想角度 50 度。
研究小组还发现,所有的种子都从同一个地方排出,并且被一层湿润的粘液包裹,粘液在干燥时会变得粘稠,从而有助于更好的萌发。
据研究团队称,这些发现还有助于改善水凝胶在医疗设备(如微型机器人)中的应用。
“在软体机器人、药物输送系统和类似设备中,也有许多应用需要节能的发射系统,”Gorges 在新闻稿中说。
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