BOOM!“爆炸”了
2020-09-14
嘘,别出声,仔细听。
你是否听到了什么不一样的声音?
噼噼啪啪……一棵植物发出了响声,难道植物当中也有战争?还会制造爆炸?错了错了,这只是植物在传播种子。自然界中的植物,为了让种子传播得更远,进化出各种神奇的“生物装置”。
这些植物通过猛烈运动将种子传播到远处,就像爆炸一般。这种利用动能传播种子的机制被称为“弹射传播”。
现在问题来了!你知道哪种植物具有这样的“生物装置”吗?
姥姥家种的黄豆成熟时,豆莫干干硬硬的,用手一碰,两片豆英页就会突然炸开、卷曲,把种子弹出来。
凤仙花的五个果瓣在成熟过程中不断积累弹性势能,成熟时,果瓣快速弯曲并收缩,将种子以4米/秒的速度向四周弹射。
的确,利用弹射传播种子的植物大部分是豆科植物。这些植物基本上都是通过豆荚突然裂开的方式,将豆荚中的种子弹射出去。但除此以外,还有很多奇葩的“爆炸”方式。
NO.1 最可帕的“爆炸”——响盒子
响盒子的树干上有标志性的锥状刺,但它最危险的部分是像南瓜一样的果实。这些“南瓜”爆裂时发出开枪一般的响声。响盒子最高可以长到50米,种子最远能弹射到60米开外,最高移动时速可达241千米,被它的种子击中比挨上一拳还疼。
原理:响盒子果实的果瓣与种子之间有一层隔膜。隔膜最初紧贴果瓣,牢牢维护着果瓣的完整性。随着果实逐渐干燥,果瓣与隔膜逐渐分离,果瓣逐渐失去约束。脱水让果瓣变形,积累弹性形变。只要果瓣边缘的连接组织开始开裂,果瓣的爆裂就再也无法阻止。
NO.2 植物“投石车”——御膳橘
这是一组神奇的数据:
●御膳橘花朵完全张开的时间仅用0.2毫秒,花粉被抛射到空中所需的时间仅为步枪子弹出膛所用时间的三分之一。
●御膳橘的花粉在短短0.5毫秒内被加速到22千米/时的速度,瞬时最大加速度可以达到重力加速度的2400倍,相当于航天飞机升空时最大加速度的800倍!
那么,作为一株植物,御膳橘是怎么做到的呢?给出答案之前,先来研究一下我国古代军事武器——投石车。
投石车是一个杠杆:短短的动力臂末端装载着配重物,一般是大量石块;长长的阻力臂末端装着用于投掷的石块。动力臂越短,撬动阻力臂所需的力越大。阻力臂末端的线速度越大,石块就能被充分加速,被抛到很远处。
原理:御膳橘的花丝末端有花粉囊,花丝就好像投石车装着石块的阻力臂。在花朵开放前,花瓣末端相连,形成了一个花瓣笼。但花丝的生长速度会超过花瓣。因此,随着花朵逐渐成熟,花丝对花瓣笼的压强逐渐增大。当花瓣笼再也压制不住花丝时,花丝积累的势能便在一瞬间爆发。花粉会被弹射到距离花粉囊2.5厘米高的上方,并在气流作用下飘散到约0.9米远处。
NO. 植物大炮——泥炭藓
泥炭藓是一种非常原始的贴地生长植物,只能长到1厘米高。它的孢子囊就像一个个微型大炮,喷出的是由数万个孢子组成的微型蘑菇云。它能在不到千分之一秒的瞬间将孢子的时速加速到超过100千米。
原理:泥炭藓的孢子云以涡流形式喷出。从孢子囊喷发出的孢子云就好像一个首尾相连的龙卷风。这种喷发形式不但能大大降低空气对孢子云的阻力,还能维持孢子云的整体形状。这样一来,只有少数孢子会在传播过程中掉队,大多数孢子可以散播到远处。对涡流的利用在动物界很常见,比如章鱼和水母也利用涡流快速推动自己前进。不过,泥炭藓这种原始植物居然能创造涡流,叫人不敢相信。
NO.4 植物“高压锅”——喷瓜
葫芦科植物喷瓜的“爆炸”过程十分壮观。喷瓜的果实很小,但成熟后果实内部会积累高压,造成果实从果柄上脱离,在果实上开出一个小孔,其中的汁液和种子会突然从小孔中向外猛烈喷发,整个过程就好像高压锅打开了泄气阀。
原理:喷瓜爆发的机制有些类似高压锅。随着果实逐渐成熟,种子周边组织开始分解,形成黏液。黏液逐渐增多的过程会在果实内部不断积累压力,最后喷发。喷瓜可以将种子散布到1~6米远处。
NO.5 遇水“爆炸”——垠块芦莉草
根块芦莉草的长条形种荚遇水后会“爆炸”,并从原地弹起,这是这种植物最有趣的地方。没有成熟的种荚是绿色的,遇水不会“爆炸”。当种荚的颜色逐渐由绿转褐,就标志着它们已经做好“爆炸”前的准备。种荚与植株的连接部分遇水后强度会下降,这可能是触发“爆炸”的机关。
原理:种英裂开后,可以看到内部有一些弯曲的硬丝,它们是给种英“爆炸”提供动能的结构。当种英连接部分遇水强度变弱后,这些硬丝会将种英的两瓣猛地弹开,这就是根块芦莉草遇水“爆炸”的秘密。
除了以上幾种植物意外,你还知道其他具有“生物装置”的植物吗?