Ученые уточнили взрывную силу бешеного огурца
Бешеный огурец не нуждается в животных или ветре для распространения своих семян. Его созревший плод выстреляет семена на расстояние до 12 метров. Ученые измерили скорость полета и предложили способы применения уникального природного механизма.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Новое исследование биомеханики взрывного рассеивания семян у бешеных огурцов Ecballium elaterium показывает, как эти растения накопили набор уникальных свойств, которые способствует повсеместному распространению вида.
Распространение растительных семян в природе происходит в разных формах — с помощью животных, ветра, воды, но о механизмах «самоходного» распространения растений известно относительно мало. Одним из оригинальных способов размножения является баллистическое рассеивание семян бешеного огурца. Происходит реальный взрыв, в результате которого семена с высокой скоростью разлетаются на большие расстояния. Кстати, по-английски это растение скромно именуется squirting cucumber — брызгающий огурец.
Хелен Горджес (Helen Gorges), аспирант кафедры функциональной морфологии и биомеханики Кильского университета в Германии отмечает, что при таком способе распространения семян должен быть налажен идеальный алгоритм, позволяющий растению распределить семена наиболее эффективным образом, не создавая угрозу собственному существованию. Все растения заинтересованы в том, чтобы их молодые потомки укоренялись на расстоянии, не создавая соперничество за ресурсы и жизненное пространство. Исследование, проведенное Горджес, было направлено на изучение механизмов, которые контролируют созревание плодов бешеного огурца и увеличивают его шансы на успешное продолжение рода без конфликта «отцов и детей».
Горджес и ее команда использовали микрокомпьютерную томографию для создания 3D-модели целого плода, а также высокоскоростную видеосъемку, чтобы запечатлеть в мельчайших деталях взрывающийся плод.
Ученые записали взрыв плодов на высокоскоростные видео со скоростью 1000 кадров в секунду и 10 000 кадров в секунду, чтобы рассчитать скорость и дистанцию разлета семян. Они также проанализировали снимки во время созревания плодов, чтобы измерить кривизну плодоножки и угол между плодом и плодоножкой.
Было обнаружено, что семена длиной около 1 см могут развивать скорость до 47 километров в час и разлетаться на расстояние до 12 метров. В свое время еще Плиний Старший предупреждал, что бешеный огурец запросто может лишить человека зрения. Первое семя летит с максимальной скоростью, затем давление в огурце падает и скорость снижается. В результате на земле получается дорожка из семян, которые в полете практически не отклоняются от общей прямой.
Любопытно сравнить процесс выстреливания семян бешеного огурца с эякуляцией у млекопитающих. Максимальная скорость вылета спермы у быков составляет 45 км/ч. У человека скорость семени при эякуляции не превышает 18 км/ч. А ведь животные тратят на семяизвержение серьезные не контролируемые сознанием мышечные усилия, в то время как бешеный огурец обходится одной гидродинамикой.
Эксперименты показали, что плодоножка во время созревания выпрямляется, образуя средний угол в 53°, что близко к теоретическому идеальному углу в 50°, который позволяет максимально увеличить дальность «выстрела». Семена вылетают вместе с соком и попадают на землю влажными. Высыхая, сок образует клейкую слизистую оболочку, которая фиксирует семя в почве и улучшает условия для прорастания.
Результаты этого исследования могут найти применение в различных биоэнергетических системах и технологиях, например в приводах на основе гидрогеля для медицинских инструментов и микророботов. Возможно множество применений в мягкой робототехнике, системах доставки лекарств и других технологиях, где требуются энергоэффективные системы запуска.Хелен Горджесбиолог.
Авторы работы уточнили результаты прежних опытов, согласно которым Ecballium elaterium может стрелять семенами с начальной скоростью всего 20 километров в час. Впрочем, не исключено, что команде Хелен Горджес попались особенно темпераментные огурцы.
Поделиться
