本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
尽管植物以其固着不动而闻名(扎根或许是稳定的终极象征),但它们能够进行一系列令人惊讶的运动,而不仅仅是像捕蝇草那样的植物。
观察
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保未来能够继续讲述关于发现和塑造我们当今世界的想法的具有影响力的故事。
在:36,孢子看起来像几十只微小的蜘蛛一样匆匆忙忙地爬行,在 1:17,它们像《夏洛特的网》中告别威尔伯的小蜘蛛一样,从一簇孢子中弹射出来。它们强有力的爬行和跳跃——它们可以达到 1 厘米的高度,大约是自身体长的 20 倍——当然值得用“动物”来形容。如果它们优美的舞步对于植物来说还不够非凡,那么它们在整个过程中设法燃烧零卡路里的事实也令人惊叹。动物们,你们输了。
木贼是一种古老的植物,大约在 3.5 亿年前的早石炭纪进化而来。许多是林下植物,但有些是高大的树木。恐龙曾与它们共存,它们至少经历了两次重大的物种灭绝。这种植物很容易辨认,但体型矮小;它们具有节状、轮生的外观,通常具有粗糙、玻璃状的外表。这是有原因的——它们表面覆盖着二氧化硅,二氧化硅是玻璃的主要成分,而且传闻先驱者用它们来擦洗锅子,这种用途使它们获得了另一个俗名“擦洗草”。
这种植物看起来像这样。它们几乎全是茎;它们的叶子以小小的退化黑条纹的形式出现在节的带状区域。
孢子从看起来像这样的孢子囊穗(技术上称为孢子叶球)中释放出来。你也可以在这里更好地看到它们的小退化黑叶。
科学家们早就知道木贼孢子被四条称为弹丝的长条包裹着,这些弹丝像橘子皮一样围绕着新生的孢子组合在一起。当相对湿度下降时,这些成熟的弹丝会展开。虽然木贼喜欢生长的沼泽和湿地很潮湿,但这可能会在阳光明媚或刮风的日子发生。
一个法国科学家团队(他们也制作了您观看的影片)着手研究这些运动的动力学,以及木贼孢子如何利用它们来四处移动。他们在11月的《英国皇家学会学报B》上发表了他们的研究结果。
他们发现,当木贼弹丝随着湿度升高而重新卷曲时,它们永远无法完全恢复到您在这张图片的右上角看到的整齐紧凑的状态,就像一张您永远无法正确重新折叠的地图一样。相反,弹丝的臂会缠结在一起。这种缠结是它们运动的关键,因为它们与所停留的任何表面的接触点的随机分布会影响孢子在弹丝下次展开时的移动方向。这就是您在微小蜘蛛中观察到的随机行走。
如果孢子非常幸运,正确的缠结弹丝配置将在下次干燥时产生跳跃,因为有时两个弹丝会卡住。当湿度下降时,卡住的弹丝之间的摩擦力会储存能量,当这种储存的能量超过摩擦力时,孢子将向上弹起,由接触地面的弹丝推动。
如果孢子在航空飞行期间碰巧赶上微风,这真可能成为孢子非常美好的一天。弹丝可能像风帆一样发挥作用,大胆地将它们带到以前可能没有孢子去过的林间空地和草地。如果孢子从不离开地面,它们这样做的几率将大大降低。正如苔原植物所知,离地面越近,风就越平静。在这些科学家进行的风洞测试中,风力为蒲福风级 3 级(“轻微的微风”),跳跃的孢子搭上了空气的顺风车。那些留在地面的孢子在风速为 5 米/秒(约 11 英里/小时)或更低时保持静止,并且仅在更高的速度下才沿着地面滑行。
木贼孢子之所以能够在不消耗卡路里的情况下做到这一点,是因为它们的弹丝结构。它们由两层组成——一层致密的纤维素微纤丝层,顶部覆盖着一层低密度的纤维素吸收层。随着湿度的增加,这种低密度层膨胀,弹丝卷曲闭合。当空气干燥时,吸收层收缩,拉开弹丝。由于动力源是不断变化的湿度,因此燃料是免费的。最终结果是,木贼孢子可以反复出击,它们的漫游癖仅受天气变化的影响。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
一些博主注意事项
我在本月 Carin Bondar 的 PsiVid 博客上的“最佳博客”视频中,做了一个关于我最近一篇关于烟草环斑病毒和蜜蜂的文章的短视频片段。您可以在这里查看。
Moselio Schaechter 在优秀的微生物学博客Small Things Considered上最近发表了一篇不错的文章,重点介绍了他最喜欢的微生物学博客,并且他非常友善地说了我以及我的博客的一些好话。谢谢你,Elio!
参考文献
Marmottant P.、Ponomarenko A. & Bienaime D. (2013)。问荆孢子的行走和跳跃,《英国皇家学会学报B:生物科学》,280 (1770) 20131465-20131465。DOI:10.1098/rspb.2013.1465