眨眼你就会错过这些正在射出种子的植物

如果您在森林里碰巧发现了一株金缕梅植物，您可能会将其描述为一种气味芬芳的灌木，花瓣呈褶皱丝带状。但对于杜克大学研究生贾斯汀·豪尔赫来说，这是一门榴弹炮。

这是因为它的果实具有令人印象深刻的火力。

当金缕梅准备散布种子时，它们的木质种子胶囊会裂开。压力逐渐增大，最终种子像步枪发射的子弹一样射出，在大约半毫秒内达到每秒 30 英尺的速度。

“如果你眨眼，你就会错过它，”豪尔赫说，他在博士学位期间参与了这个项目。与资深作者 Sheila Patek 合作的生物力学论文。

种子发射的速度太快，普通相机无法看到，因此 Patek 的团队使用了能够以每秒 100,000 帧的速度进行记录的高速摄像机。

研究人员收集了在杜克花园或杜克森林发现的金缕梅家族的三个成员的果实。一些最小的种子重达 15 毫克，比一粒米还轻，而另一些则重 10 倍。然而，金缕梅能够像轻质种子一样快速地抛出重质种子。

“我们发现快速发射速度都大致相同，”豪尔赫说。“考虑到种子质量的数量级差异，我根本没想到会出现这种情况。”

在 8 月 23 日发表在《皇家学会界面杂志》上的一项研究中，研究人员研究了他们是如何做到这一点的。

事实证明，这些植物的秘密在于它们的弹簧加载发射。

研究中的三个物种使用相同的机制来射出种子：

在种子弹出之前，它们周围的果囊会干燥并变形，就像一块扭曲的木头一样。正是木质果实蒴果壁的挤压最终让种子飞了起来。

“这类似于用手指挤压西瓜种子，将其射出，”豪尔赫说。

要以与子弹相同的速度发射炮弹，您需要在其后面施加更多的力。金缕梅也有同样的作用，但带有弹簧。

对于每个物种，研究人员通过测量将种子楔回原位所需的力来估计弹簧状种子囊中存储的弹性势能。

他们发现，种子较重的金缕梅品种也有较大的胶囊，能够储存更多的弹性能量。

下一步，豪尔赫正在研究金缕梅种子在空中飞行时所受到的作用力以及它们可以飞行多远。

研究人员表示，从大自然中吸取的一些教训可能会带来更好的机器人设计。

“人们总是问我，‘你为什么要关注种子发芽植物?’”豪尔赫说。“这就是他们的泉水的怪异之处，”他补充道。

“当我们想到有弹性的东西时，我们通常会想到橡皮筋、线圈或射箭弓，”豪尔赫说。“但在生物学中，我们有所有这些奇怪、复杂的形状。也许这些形状有一些好处，可以用来改进合成弹簧的设计，例如小型跳跃机器人中使用的弹簧，但首先我们需要了解这些生物弹簧的工作原理。”