【独家·24小时】以速度著称的“植物运动员”

导读 : 一般来说,植物在很大程度上是不动的,它们会扎根在一个地方,直到死去。但事实上,植物中有许多令人瞠目结舌的“速度奇才”。能高速运动的植物一直吸引着人们的关注。十多...


  一般来说,植物在很大程度上是不动的,它们会扎根在一个地方,直到死去。但事实上,植物中有许多令人瞠目结舌的“速度奇才”。

  能高速运动的植物一直吸引着人们的关注。十多年前,科学家们开始用高速数码摄影机和电脑模型研究植物的运动。植物制造速度的机制五花八门:有像足球运动员一样踢出种子的装置;像长曲棍球运动员一样投掷种子的装置;还有一种植物甚至会产生热,并以爆炸的方式把种子发射出去。


捕蝇草


  捕蝇草虽然没有肌肉,但是运动能力却令人惊奇。

  约尔•福特尔是美国哈佛大学一名年轻的科学家,他研究的是软物质物理学,这门学问探索了某些材料(如液体、泡沫和一些生物组织)是如何改变形状的。福特尔很快意识到,专业优势可以帮助自己理解捕蝇草的运动。

  2005年,福特尔成为第一批依靠高速摄影机和计算机建模研究植物快速运动的研究者之一。捕蝇草的叶子是互相对着的,像一本翻开的书。利用超高速摄影机和电脑,福特尔的团队追踪到了这种叶子在弯曲时发生的微小变化,看清叶子的特殊形状是如何作用到它们的速度。

  

加拿大草茱萸


  在福特尔研究捕蝇草的同时 包装盒印刷 ,爱德华兹和丈夫带领一群年轻的研究人员正在世界最大的淡水湖——苏必利尔湖的皇家岛采集当地植物。

  一个学生把头低下去嗅加拿大草茱萸的花时,注意到“有些事情发生了”。出于好奇,研究小组把这株植物带回实验室,想用拍摄视频的方法研究这种植物的运动。但无论怎样给以刺激,这种植物的运动都难以捕捉。

  为此,爱德华兹用了一台可以每秒拍摄10000帧的摄影机,终于第一次清楚地看到了这种植物的运动机制……


矮槲寄生


  植物所展示的丰富运动形式和它们的速度一样令人印象深刻。例如,美国矮槲寄生的运动依靠热。当这种寄生植物需要扩张领地时,它们会以每秒20米的速度射出种子。这样的壮举是如何做到的,人们一直百思不得其解。

  2015年,研究人员终于发现,那些种子是由植物自己产生的热量发射出去的。人们发现,在槲寄生将要释放种子的大约一分钟前,它们会将温度升高大约2摄氏度。原来,秘密隐藏在线粒体中,它是细胞中可以产生热量的结构,能导致细胞发热。细胞发热能让一种粘性凝胶发生物理性膨胀,正是这种膨胀的力量把种子爆炸式地弹了出去。


毛花矮牵牛


  2018年3月,科学家们新发现了一种像运动员用弓弹射箭一样将种子弹射出去的植物——毛花矮牵牛。这种花有细长的种荚,每个种荚拥有大约20粒圆盘状的种子,有一种钩状物将每个种子固定在适当的位置上。

  这种花在生长时,种荚会在接缝处被拉紧。当它成熟了,种荚会被拉开,里面的钩状物就会把种子甩出去。这时每粒种子会出现极快的旋转,其转速达到每分钟10万次,这个速度在动植物中可以说是最快的。

  科学家称,植物的某种物理特性为机械不稳定性,有时这种不稳定性会随着植物的生长而发展,就像拉紧了的弓一样。期间植物储存和释放的能量,给植物提供了加快运动速度的途径,帮助一些植物迅速捕获昆虫,也帮助植物繁衍后代。相对其他没有这种本领的植物来说,这就是一种种族优势。

 更多精彩内容,

详见《科学24小时》2018年第12期!


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