别小看了这种野草,它可是专业投弹手

作者:周方

本文转载自:物种日历(ID:guokrpac)

许多养花的人都会与酢浆草Oxalis corniculata)不期而遇。尽管你没有播种过酢浆草,甚至还拔掉过,但并不能根除它。藏在土里的种子一有机会就会冒出来,占领你花盆的边边角角。如果你不碰它,它很快能靠匍匐茎扩充自己的地盘,一边靠匍匐茎前进着,一边抽出地上茎,开出一丛丛花叶。

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酢浆草的科学插画 | Wikipedia

因为叶子同样属于三裂的掌状复叶,有时它也被当作“幸运四叶草”,但实际上它与正经四叶草(车轴草)属于不一样的类群,人家单独有自己的一个科——酢浆草科,同杨桃属于一个科。酢浆草和车轴草的叶形相似属于趋同演化。酢浆草也无法同车轴草一样作为牧草使用,它太酸了,身体每个部分都充满了草酸,以此来阻挡草食动物的啃食。但从正式中文名中,我们能推测,人类还是对它们下过手(口)。

酢浆草属存在许多园艺品种,但大多原生于非洲。作为本属分布最为广泛的酢浆草本种,因为花看起来平平无奇而没有在园艺界登门入室。因为生存能力过于强大,酢浆草被当成杂草。但这种最常见的杂草,却拥有最奇特的种子散布技巧

01

精巧的投弹器

相信大家小时候都去碰过酢浆草“暴烈”的果实。已经成熟的果实一经轻微的触碰,种子就全部“爆发”出来,速度快到你根本看不见。与我们的感受不同,它的果实不是爆炸了,而是借助精巧的连续投射机制抛出了种子。中国石油大学的科研人员研究了酢浆草是如何弹射种子的,利用高速摄影机,我们可以看到在种子弹射的那1毫秒内,究竟发生了什么。

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直酢浆草(Oxalis stricta)发射种子 | Paul Rickards / youtube

弹射的过程非常精巧,酢浆草的果荚其实并没有发力,是由种子本身来蓄力的。它的果实是由五心皮发育而成的五室,每一室里面都躺了一排大概五个种子。每个种子的外围都有一圈假种皮(Aril)把种子完全包裹起来,蓄力的过程就是由这圈假种皮完成的。

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酢浆草果实的内部结构 | Shanpeng Li et al. / Scientific reports (2020)

假种皮本身分为两层,两层结构不同,内层较厚且细胞内能储存大量水分,膨大时填满它与种子之间的每一点空间,将种子牢牢地嵌住。相反假种皮的外层较薄且紧致,含有油脂而吸水能力弱,紧紧将内层包裹起来。随着种子的成熟以及假种皮内层的加厚和吸水,内层积累起弹性,向外层挤压,等待着风、雨或者任何微小的震动。

果实成熟后,酢浆草的果荚会裂开一道缝隙,从缝隙处接触到的种子,就变成了发射的扳机,一旦被碰,假种皮会迅速由内层往外层翻卷。卷开的假种皮最初被限制在果荚内,蓄积的能量会传递到被紧紧包裹的种子里,假种皮储存的能量几乎完全转化为种子的运动势能。到假种皮随种子一起弹出时,假种皮的能量已经转化得差不多了,而弹射而出的种子能达到4.7米每秒的速度,这是已知植物里唯一利用假种皮来弹射种子的案例。

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酢浆草种子弹射过程,假种皮像一级火箭般把能量传递给种子 | Shanpeng li et al. / Scientific reports (2020)

02

种子发射加特林

酢浆草的神奇之处不仅在于特殊的蓄力器官。它的种子发射是环环相扣的,牵一发而动全身。一旦一颗种子发射出去,其它的种子也随之而发射,仿佛机关枪。

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连续发射 | Shanpeng li et al. / Scientific reports (2020)

这得益于它的种子在一列果荚内是首尾相连的,每个种子的前端都有一个小小的突起,可以被触发,而种子的末端则有种脐与下一个种子的突起嵌合起来,这种巧妙的连环结构让种子的发射如同连环,井然有序地一颗接着一颗弹射,确保每一颗种子都能自由飞翔。

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酢浆草种子首尾相连的枢纽 | Shanpeng li et al. / Scientific reports (2020)

它们弹射的角度也十分刁钻,异常精准地保持在相对果荚的45°左右,简直像计算好了最佳的发射角度,确保发射的力度与精度。在酢浆草的高度下,这是最佳的发射角度,保证每一粒种子都能到达最远的距离。

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酢浆草种子的发射角度 | Shanpeng li et al. / Scientific reports (2020)

可惜的是,这整个的发射过程都在0.1秒内,只有借助高速摄影机,我们才能看清楚它多米诺骨牌般的触发效应。无论从角度还是蓄力技巧来看,酢浆草的种子都是一个十分精巧的机制。

种子弹射出去后,可能还会被蚂蚁搬运实现二次散布,可能这是酢浆草能够在各种犄角旮旯出现的原因。

03

一步步爬向全球

酢浆草可能原生于东南亚,在15世纪左右被引进欧洲,19世纪左右才引进美洲。在进入异乡后,靠着惊人的扩散能力,酢浆草在世界各地被认定为“杂草”。

酢浆草的扩散跟繁殖策略也有关,在气候温暖的地方,它几乎全年无休地开出黄色的小花。酢浆草的柱头有助于异花授粉,但也进行自花授粉,结实率异常高,几乎每一朵花都不白开,因此酢浆草弹射种子也可以算得上全年无休。也许就是靠着一次接一次的弹射,每次只能走出一米多的距离,酢浆草完成了自己向四面八方传播的壮举。

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在砖缝中也能旺盛生长 | 进击的多肉

也许在某一处不知名的角落里,你的脚偶然与酢浆草果荚的一次接触,也会触发它们的种子发射。造成了它们与我们的共居。希望你下次碰到这种“杂草”时,还能有闲心,蹲下来好好看看,拔拔它的种子,赞叹一句,“哎,这小东西真有趣。”


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