植物中的“速度奇才”

約爾·福特爾是美國(guó)哈佛大學(xué)一名年輕的科學(xué)家。本世紀(jì)初，老師送給他一件禮物——一株捕蠅草。這種植物雖然沒有肌肉，但是運(yùn)動(dòng)能力卻令人驚奇。

福特爾很快意識(shí)到，專業(yè)優(yōu)勢(shì)可以幫助自己理解捕蠅草的運(yùn)動(dòng)。他研究的是軟物質(zhì)物理學(xué)，這門學(xué)問探索了某些材料（如液體、泡沫和一些生物組織）是如何改變形狀的。

2005年，福特爾成為第一批依靠高速攝影機(jī)和計(jì)算機(jī)建模研究植物快速運(yùn)動(dòng)的研究者之一。捕蠅草的葉子是互相對(duì)著的，像一本翻開的書。利用超高速攝影機(jī)和電腦，福特爾的團(tuán)隊(duì)追蹤到了這種葉子在彎曲時(shí)發(fā)生的微小變化，看清了葉子的特殊形狀如何作用到它們的速度。

當(dāng)一只蒼蠅或其他獵物觸發(fā)“陷阱”時(shí)，處在葉子綠色外側(cè)的細(xì)胞會(huì)發(fā)生膨脹，而位于內(nèi)側(cè)的細(xì)胞則沒有膨脹，這種差異產(chǎn)生的力把外表面向內(nèi)推去。由于壓力過大，葉子原本的凸形（向外彎曲）迅速轉(zhuǎn)變成了凹形（像碗一樣向內(nèi)彎曲），捕蠅草便迅速閉合了它的“陷阱”。我們可以借很受歡迎的兒童玩具——橡膠炮去理解這個(gè)動(dòng)作的原理。橡膠炮是很小的橡膠半球體，可以翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后就像一個(gè)壓縮了的彈簧。由于橡膠炮翻轉(zhuǎn)時(shí)儲(chǔ)存了很多能量，也就是所謂的勢(shì)能，所以在它恢復(fù)到原來的形狀時(shí)，就會(huì)將儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能——運(yùn)動(dòng)的能量，于是就能彈得老高。同樣潛在的能量，也會(huì)隨著捕蠅草葉子的外表面向內(nèi)表面擠壓而得到儲(chǔ)存，也會(huì)像橡膠炮一樣，瞬間把這種能量轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，這才是它能在十分之一秒內(nèi)關(guān)閉葉狀陷阱的關(guān)鍵。

在福特爾研究捕蠅草的同時(shí)，加拿大的愛德華茲和丈夫帶領(lǐng)一群年輕的研究人員正在世界最大的淡水湖——蘇必利爾湖的皇家島采集當(dāng)?shù)刂参铩?/p>

一個(gè)學(xué)生把頭低下去嗅加拿大草茱萸的花時(shí)，注意到“有些事情發(fā)生了”。出于好奇，研究小組把這株植物帶回實(shí)驗(yàn)室，想用拍攝視頻的方法研究這種植物的行為。但無論怎樣給以刺激，這種植物的運(yùn)動(dòng)都難以捕捉。于是愛德華茲升級(jí)了攝影機(jī)，使它每秒可以拍攝1000幀照片，但這還是不行。

為此，愛德華茲用了一臺(tái)可以每秒拍攝10000幀的攝影機(jī)，終于第一次清楚地看到了這種植物的運(yùn)動(dòng)機(jī)制：起初，這株植物的四個(gè)花瓣聚在一起，勉強(qiáng)遮蓋著四個(gè)彎曲的、像臂膀一樣的結(jié)構(gòu)，那是從花瓣上伸出來的帶有花粉的雄蕊。當(dāng)肥胖的大黃蜂或者好奇的人類打擾了這株植物時(shí)，它的花瓣就會(huì)分開，從而釋放雄蕊。這時(shí)雄蕊就會(huì)被彈射出去，其加速度可以達(dá)到2400g。這時(shí)雄蕊會(huì)彈射出花粉袋（附著在每個(gè)雄蕊的頂端），于是一團(tuán)花粉云便向風(fēng)中或者引發(fā)了這種爆炸的物體飛去，而完成了花粉的傳播。

（摘自《大自然探索》 2020年6月刊）