小黄瓜的命名是用液体和mdash剧烈喷气式喷射的种子来命名的;现在,科学家终于解锁了这些爆炸性发射的神秘力学。
新的研究表明这些不可用的黄瓜(Ecballium Elaterium),其名字的意思是在希腊语中“扔出去”,在其水果中积聚了液体,在黄瓜内构建了太大的压力,以至于最终破裂。值得注意的是,科学家发现,这种压力在释放种子之前就下降了,因为从果实中排出的液体将其排入茎上,改变了其形状并弹出了黄瓜,因此它们会喷出含量。
这些发现为长期吸引研究人员的问题提供了答案。
“几个世纪以来,人们都问过这种非凡植物的方式以及为什么 向世界种子 以一种暴力的方式,”研究合着者 克里斯·索罗古德(Chris Thorogood),英国牛津植物园和植物园的副董事兼科学主任 陈述。“现在,作为一个生物学家和数学家团队,我们终于开始揭开这个伟大的植物谜团。”
有关的: 为什么草莓外面有种子?
葫芦家族(Cucurbitaceae)的成员包括瓜,南瓜和西葫芦。为了达到这些小小的毛茸茸的黄瓜如何释放种子,Thorogood和他的同事使用延时摄影,CT扫描和能够捕获每秒8,600帧的高速摄像头。种子射出仅持续30毫秒—根据声明,太短了,无法用肉眼看。
该团队还测量了在植物释放种子之前和之后的黄瓜和茎的体积。然后,研究人员将这些数据馈送到数学模型中,以绘制种子弹出的力学和轨迹。
结果于周一(11月25日)在《期刊》上发表 PNAS,首次揭示黄瓜如何以显着的速度和精确性排出种子,研究合着者 Finn盒子,英国曼彻斯特大学流体与软物质小组物理学研究员 单独的语句。
流体在黄瓜内积聚了几周,从而建立了射出种子所需的压力。但是在发射之前的几天里,一些流体移入茎,导致其长寿,更厚和更硬。Box说,此过程“在植物世界中几乎是闻所未闻的”,并以一旦果实破裂,使黄瓜的角度最大化,从而使黄瓜的角度最大化。
在发射种子之前的微秒,茎的尖端从黄瓜中退出,导致它们在弹射时旋转。由于这种扭曲的运动,喷出黄瓜可以以每秒66英尺(每秒20米)的速度扔到距离母植物33英尺(10米)的种子。
Box说:“黄瓜植物的爆炸性发射已经发展了几代人,以帮助其生存。”“这些机制使植物可以将种子散布在广泛的地区,并减少后代和其他邻近植物之间的拥挤和竞争,从而确保了下一代生存的机会。”
根据这项研究,这些机制的略有变化可以降低种子的生存机会。在他们的模型中,研究人员探索了在水果中建造压力的后果,而没有将液体重新分配到茎上,这导致了母植物周围种子的蔓延,并降低了幼苗生存。
Box在第一份声明中说,结果解决了一个长期存在的谜团,但它们也可以激发新技术,例如可以在体内特定地点驱逐药物的医疗设备。他说:“这项研究为生物启发的工程和材料科学,尤其是按需药物输送系统提供了潜在的应用。”