以速度著稱的“植物運動員”

陳塵

一般來說，植物是不會動的，它們扎根在一個地方直到死去，但事實上，植物中有許多令人瞠目結舌的“速度奇才”。它們運動的方式多種多樣，有的像足球運動員一樣踢出種子，有的像長曲棍球運動員一樣投擲種子，還有一種植物會發(fā)熱，并以爆炸的方式把種子發(fā)射出去。

捕蠅草通常只有幾厘米高，最高也不過十幾厘米。它最引人注目的是那特化為捕蟲夾的葉片，捕蟲夾如同蚌殼一樣張開，上表面呈現誘人的紅色，邊緣有十多根長而尖銳的毛。這艷麗的顏色和迷人的外表使得捕蠅草獲得“維納斯的捕蟲夾”的美名。

捕蠅草雖然沒有肌肉，但是運動能力驚人。它能以十分之一秒的速度和極大的力度捕捉觸碰捕蟲夾的獵物，速度快到連小型蛙類都無法逃脫。

約爾·福特爾是美國哈佛大學一名年輕的科學家，他研究的是軟物質物理學，這門學問探索某些材料如泡沫和一些生物組織是如何改變形狀的。福特爾意識到專業(yè)優(yōu)勢可以幫助自己理解捕蠅草所做的運動。

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

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、半陰或全陰的環(huán)境。它的花很好看，花粉彈射速度非常快，花朵自花瓣展開至彈射花粉不到0.5秒的時間。

在研究“植物是如何釋放花粉”這個課題時，瓊·愛德華茲的學生觀察到加拿大草茱萸花粉彈射的情景，驚嘆速度相當快。瓊·愛德華茲很想用拍攝視頻的方式記錄下來，于是用攝影機以每秒1000張的速度進行拍攝，但照片過于模糊，無法分辨具體細節(jié)，便換成用每秒10 000幀的超高速攝像機拍攝，第一次清楚地看到了加拿大草茱萸花的運動機制：加拿大草茱萸4個花瓣閉合時會高強度地壓制4個雄蕊，一旦花瓣展開，花絲中央的“肘部”構造就會快速向后彈射，花絲頂部的花粉囊在0.3毫秒內旋轉加速至2400倍，由此產生約每小時11 265米的速度，把花粉拋射至約2.54厘米高的地方。

這可能聽起來沒什么，但經過換算，這相當于一個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)定的風力最遠可到達約90厘米遠的地方，這大大提高了異株授粉的幾率。

美國矮槲寄生這種寄生植物需要擴張領地時，會以每秒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)現美國矮槲寄生的種子是依靠它自身產生的熱量發(fā)射出去的。大約在美國矮槲寄生釋放種子的前1分鐘，它會將溫度升高約2℃。原來，秘密隱藏在線粒體中，它是細胞中可以產生熱量的結構，能使細胞發(fā)熱。細胞發(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。

2018年3月，科學家們發(fā)現了一種像運動員用弓射箭一樣將種子彈射出去的植物——毛花矮牽牛。這種花有細長的種莢，每個種莢擁有大約20粒圓盤狀的種子，一種鉤狀物將每粒種子固定在適當的位置。

毛花矮牽牛在生長時，種莢會在接縫處被拉緊。當它成熟了，種莢會被拉開，里面的鉤狀物就會把種子甩出去。這時，每粒種子會極快地旋轉，其轉速達到每分鐘10萬次，這速度在動植物中可以說是最快的。