尽管金缕梅植物有多种药用价值,但仔细观察其繁殖技术,与其说是疗养,不如说是更像炮击。随着金缕梅木质种子荚变干和变形,它们会裂开并对种子本身产生压力。最终,压力会将种子从豆荚中弹出,对于如此小的东西来说,这是一种令人印象深刻的力量展示。然而,用肉眼很难看清这一过程的详细情况。
“一眨眼就会错过,”杜克大学生物力学工程研究生 Justin Jorge 本月早些时候在一份声明中解释道。
正如最近发表在《皇家学会界面杂志》上的一篇论文所述,使用高功率相机拍摄金缕梅种子发射过程,可以更清楚地了解这些娇嫩的植物如何能产生如此大的相对力。假以时日,他们的发现可能会影响新一代的跳跃机器人。
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金缕梅的深入研究得益于杜克大学生物学教授、该研究的通讯作者 Sheila Patek,Jorge 作为其博士论文的一部分与她一起工作。根据这项研究,Patek 的团队首先将一台每秒 10 万帧的高速摄像机对准了从杜克花园和杜克森林采集的三种结籽金缕梅植物。然后,研究人员等待植物繁殖,并检查其速度和加速度。回放显示出令人印象深刻且出人意料的结果。
审查后发现,金缕梅种子在离开豆荚后的短短半毫秒内,加速度就达到了每秒 30 英尺以上。更重要的是,无论种子大小(从仅 15 毫克到大 10 倍的种子),其速度在不同植物品种之间基本一致。
“我们发现发射速度都差不多,”Jorge 继续说道。“考虑到种子质量的数量级差异,我完全没料到这一点。”
进一步的研究表明,金缕梅植物品种的种子荚与其种子大小成正比——种子越重,豆荚越大,因此弹性能量的储备也越大。这确保了,无论植物或种子大小如何,快速的发射速度都保持一致。
Jorge 解释说,虽然大多数人可能会将弹簧与线圈、橡皮筋或弓箭联系起来,但生物学允许“所有这些奇怪而复杂的形状”。因此,这些独特的设计有可能改进合成弹簧,例如在某些小型跳跃机器人中发现的弹簧。
“人们总是问我,‘你为什么要研究射种子的植物?’”Jorge 说。“这是因为它们弹簧的奇特性。”