会“爆炸”的植物

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  炸药树和“爆炸南瓜”
   最可怕的“爆炸”植物是响盒子。响盒子的树干有大戟科植物标志性的锥状刺,但它最危险的部分是像南瓜一样的果实。虽然响盒子的果实长得像南瓜,但野生动物或人吃下果肉会立即引起呕吐、腹泻和肌肉痉挛。响盒子果实中的树胶有剧毒,人的皮肤接触后会起疹,眼睛接触后可致盲。更叫人害怕的是这些“南瓜”成熟后随时会“爆炸”。
   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。
   这些“南瓜”爆裂时发出开枪一般的响聲。响盒子最高可以长到50米,种子最远能弹射到60米开外,有些行人被它飞溅出的种子攻击后还不知道是怎么回事。据测量,响盒子种子的最高移动时速可达241千米,被它的种子击中比挨上一拳还疼。在美洲地区,响盒子有“炸药树”的外号。
  最快的开花速度
   《吉尼斯世界纪录》将御膳橘收录为全世界开花速度最快的植物。虽然它是山茱萸科中最小的成员,爆发力却很足。在每秒能记录1万幅画面的超高速摄影机帮助下,科学家测出御膳橘花朵完全张开仅用了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1/3。人类裸眼完全无法捕捉到这么快的动作。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!
   御膳橘是如何积累势能的呢?它的每个雄蕊就好像一台欧洲中世纪时期用于攻城的投石车。投石车的基本构造是一个费力杠杆: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,但阻力臂末端的线速度就越大,因此石块能被充分加速,被抛到很远处。
   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。
  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。1897年,俄罗斯生物学家施瓦钦曾经写道:“我有好几次弯腰近距离观察泥炭藓,都感觉到孢囊盖撞击我的脸。”
   尽管喷发速度猛烈,这些孢子却实在太小。在克服空气阻力后,它们只能上升到距离地面10多厘米高處。这个高度听上去不是很高,但已经足够让孢子搭上近地气流的“顺风车”。如果遇到合适的上升气流,它们将被带到数千米外甚至更远的地方。
  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。
  喷瓜爆发
   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,整个过程就好像猛烈腹泻。巧合的是喷瓜的种子中含有葫芦素,人或动物吃下后会引发呕吐和剧烈腹泻。正因如此,喷瓜种子也被用于制造泻药。
   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。
  碎米荠爆裂靠木质素
   有些植物爆裂释放的能量是在种子荚干燥变形的过程中逐渐积累的。但科学家发现,碎米荠豆荚爆裂时,豆荚还保持着湿润状态。
   碎米荠是一种小型十字花科植物。它的豆荚完全成熟后会迅速爆裂,将种子弹射到周围。整个爆裂过程不到3毫秒。碎米荠和太空明星植物拟南芥(一种常见的路边杂草,但却是太空植物实验的模式植物之一)的关系很近,两者豆荚的形状也很相似。不过,拟南芥的豆荚不会爆裂。那么,既然两者的外形结构没有太大区别,碎米荠为什么会爆裂呢?
   科学家发现,碎米荠的果皮中含有大量木质素,主要分布于内果皮层,且为不对称分布。木质素是一种非常坚硬的有机聚合物,内果皮中含有的大量木质素让内果皮硬度大大超过豆荚的外果皮。果瓣横截面显微成像显示,内果皮中的木质素像橱柜门的铰链一样彼此连接,排列成一个弯曲面。曲面有助于维持果瓣形状(就像自行车运动员的魔术绑腿带),同时也能让果瓣积累应力。随着豆荚中的种子逐渐长大,果瓣积累的应力也越来越大。当种子将木质素构成的曲面撑平时,果瓣再也无法维持原有形状,猛烈收缩,并瞬间释放出此前积累的所有应力。
  多变的堇菜
   堇菜散播種子的过程没有那么激烈。堇菜果瓣在成熟过程中逐渐由低垂变为扬起,然后果瓣缓慢张开,球状果实裂为三瓣,露出其中许多油亮的种子。突然,没有任何征兆,种子从果瓣中飞快弹出,降落在距离果实1米外的地上。这些种子富含脂肪,落地后会被蚂蚁搬回蚁穴,堇菜种子就这样被传播到各处。
   和其他植物种子的弹射传播过程不一样,在堇菜种子被弹射出去的全过程中,果实的其余部分几乎不见任何动作。那么堇菜种子是怎么被弹飞的呢?其实,堇菜果瓣完全打开后,内果皮会迅速脱水收缩,种子受到的压力越来越大,最后被弹飞。
   堇菜属植物在缺水时会采用一种十分极端的自花授粉模式——闭花受精。这是一种不用开花,在花蕾阶段就能完成授粉的模式。闭花受精虽然节省能量,但要付出牺牲多样性的代价,会造成植物适应环境的能力下降。因此,堇菜通过弹射种子这种播种方式,配合蚂蚁等动物的搬运,能够避免同一区域出现大量基因相同的后代。当水源充足时,堇菜会和其他被子植物一样开花,进行异花授粉。这样一来,它后代的多样性也得到了保障。
  根块芦莉草遇水“爆炸”
   原产于中美洲的根块芦莉草是一种著名的爵床科植物,也是一种“爆炸植物”。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,就标志着它们已经完成“爆炸”前的准备。种荚的连接部分遇水后强度会下降,这可能是触发“爆炸”的机关。
   种荚裂开后,可以看到内部有一些弯曲的硬丝,它们是给种荚“爆炸”提供动能的结构。当种荚连接部分遇水强度变弱后,这些硬丝会将种荚的两瓣猛地弹开,这就是根块芦莉草遇水“爆炸”的秘密。
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