以速度著稱的“植物運(yùn)動(dòng)員”

◆陳塵 輯

一般來(lái)說(shuō)，植物是不會(huì)動(dòng)的，它們?cè)谝粋€(gè)地方直到死去，但事實(shí)上，植物中有許多令人瞠目結(jié)舌的“速度奇才”。它們運(yùn)動(dòng)的方式多種多樣，有的像足球運(yùn)動(dòng)員一樣踢出種子，有的像長(zhǎng)曲棍球運(yùn)動(dòng)員一樣投擲種子，還有一種植物會(huì)發(fā)熱，并以爆炸的方式把種子發(fā)射出去。

捕蠅草

捕蠅草通常只有幾厘米高，最高也不過(guò)十幾厘米。它最引人注目的是那特化為捕蟲(chóng)夾的葉片，捕蟲(chóng)夾如同蚌殼一樣張開(kāi)，上表面呈現(xiàn)誘人的紅色，邊緣有十多根長(zhǎng)而尖銳的毛。這艷麗的顏色和迷人的外表使得捕蠅草獲得“維納斯的捕蟲(chóng)夾”的美名。

捕蠅草雖然沒(méi)有肌肉，但是運(yùn)動(dòng)能力驚人。它能以十分之一秒的速度和極大的力度捕捉觸碰捕蟲(chóng)夾的獵物，速度快到連小型蛙類都無(wú)法逃脫。

約爾·福特爾是美國(guó)哈佛大學(xué)一名年輕的科學(xué)家，他研究的是軟物質(zhì)物理學(xué)，這門學(xué)問(wèn)探索某些材料如泡沫和一些生物組織是如何改變形狀的。福特爾意識(shí)到專業(yè)優(yōu)勢(shì)可以幫助自己理解捕蠅草所做的運(yùn)動(dòng)。

2005年，福特爾成為第一批依靠高速攝影機(jī)和計(jì)算機(jī)建模研究植物快速運(yùn)動(dòng)的研究者中的一員。捕蠅草的葉子是相互對(duì)著的，像一本翻開(kāi)的書，福特爾所在的團(tuán)隊(duì)利用超高速攝影機(jī)和電腦追蹤到這種葉子在彎曲時(shí)發(fā)生的微小變化，看清了葉子的特殊形狀是如何對(duì)它們的速度產(chǎn)生作用的。

加拿大草茱萸

加拿大草茱萸是多年生草本植物，高 13～17厘米，喜歡冷涼、濕潤(rùn)、半陰或全陰的環(huán)境。它的花很好看，花粉彈射速度非常快，花朵自花瓣展開(kāi)至彈射花粉不到0.5秒的時(shí)間。

在研究“植物是如何釋放花粉”這個(gè)課題時(shí)，瓊·愛(ài)德華茲的學(xué)生觀察到加拿大草茱萸花粉彈射的情景，驚嘆速度相當(dāng)快。瓊·愛(ài)德華茲很想用拍攝視頻的方式記錄下來(lái)，于是用攝影機(jī)以每秒1000張的速度進(jìn)行拍攝，但照片過(guò)于模糊，無(wú)法分辨具體細(xì)節(jié)，便換成用每秒10000幀的超高速攝像機(jī)拍攝，第一次清楚地看到了加拿大草茱萸花的運(yùn)動(dòng)機(jī)制：加拿大草茱萸4個(gè)花瓣閉合時(shí)會(huì)高強(qiáng)度地壓制4個(gè)雄蕊，一旦花瓣展開(kāi)，花絲中央的“肘部”構(gòu)造就會(huì)快速向后彈射，花絲頂部的花粉囊在0.3毫秒內(nèi)旋轉(zhuǎn)加速至2400倍，由此產(chǎn)生約每小時(shí)11265米的速度，把花粉拋射至約2.54厘米高的地方。

這可能聽(tīng)起來(lái)沒(méi)什么，但經(jīng)過(guò)換算，這相當(dāng)于一個(gè)人在不借助任何外力的情況下將一塊石頭直接拋至六層樓高的地方。被拋射后的花粉借助穩(wěn)定的風(fēng)力最遠(yuǎn)可到達(dá)約90厘米遠(yuǎn)的地方，這大大提高了異株授粉的幾率。

矮槲寄生

美國(guó)矮槲寄生這種寄生植物需要擴(kuò)張領(lǐng)地時(shí)，會(huì)以每秒20米的速度射出種子。這樣的壯舉是如何做到的？人們一直百思不得其解。

2015年，研究人員終于發(fā)現(xiàn)美國(guó)矮槲寄生的種子是依靠它自身產(chǎn)生的熱量發(fā)射出去的。大約在美國(guó)矮槲寄生釋放種子的前1分鐘，它會(huì)將溫度升高約2℃。原來(lái)，秘密隱藏在線粒體中，它是細(xì)胞中可以產(chǎn)生熱量的結(jié)構(gòu)，能使細(xì)胞發(fā)熱。細(xì)胞發(fā)熱能讓一種粘性凝膠發(fā)生物理性膨脹，正是這種膨脹的力量把種子爆炸式地彈了出去。

毛花矮牽牛

2018年3月，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種像運(yùn)動(dòng)員用弓射箭一樣將種子彈射出去的植物——毛花矮牽牛。這種花有細(xì)長(zhǎng)的種莢，每個(gè)種莢擁有大約20粒圓盤狀的種子，一種鉤狀物將每粒種子固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

毛花矮牽牛在生長(zhǎng)時(shí)，種莢會(huì)在接縫處被拉緊。當(dāng)它成熟了，種莢會(huì)被拉開(kāi)，里面的鉤狀物就會(huì)把種子甩出去。這時(shí)，每粒種子會(huì)極快地旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘10萬(wàn)次，這速度在動(dòng)植物中可以說(shuō)是最快的。