Команда исследователей из Оксфордского университета раскрыла механизм, благодаря которому бешеный огурец (Ecballium elaterium) разбрасывает свои семена с поразительной скоростью и точностью. Исследование, проведенное с использованием экспериментов, высокоскоростной видеосъемки и математического моделирования, было опубликовано 25 ноября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Растение Ecballium elaterium, родом из Средиземноморья, благодаря своему эффективному способу распространения семян часто считается сорняком. Оно известно еще с древних времен: древнеримский натуралист Плиний Старший писал, что семена стреляющего огурца могут вылетать с такой силой, что представляют опасность для глаз.
Действительно, созревший плод бешеного огурца под высоким давлением выбрасывает семена, которые достигают при этом скорости до 20 метров в секунду. Этот процесс длится всего 30 миллисекунд, а семена могут разлетаться на расстояние до 10 метров. Чтобы изучить этот удивительный механизм, ученые провели серию экспериментов, включающих высокоскоростную съемку (до 8600 кадров в секунду), измерения объема плодов, тесты на упругость, компьютерную томографию и наблюдения за плодами в процессе их созревания.
Исследование выявило ключевые этапы работы механизма:
В процессе созревания в плодах накапливается вязкая жидкость, создающая высокое внутреннее давление.
Перед выбросом часть жидкости перемещается в стебель, делая его толще и жестче, а сам плод наклоняется под углом около 45 градусов.
В момент выброса стебель резко отводится назад, а плод начинает вращаться в противоположную сторону, что создает оптимальный угол для дальности полета первых семян.
Первые семена выбрасываются с наибольшей скоростью, в то время как последующие разлетаются ближе, обеспечивая равномерное распределение вокруг материнского растения.
Эта система показала себя высокоэффективной с точки зрения эволюции. Ученые протестировали различные изменения в параметрах, например, увеличение толщины стебля или снижение объема жидкости, и выяснили, что отклонения от естественной конфигурации снижают вероятность успешного размножения.
По словам одного из авторов исследования, доктора Криса Торогута, данная работа позволяет глубже понять, как растения адаптировались к своему окружению. «Впервые мы смогли раскрыть детали работы этого уникального механизма, который долго оставался загадкой для ученых», — отметил он. Коллеги доктора Торогута также подчеркнули возможное применение этих знаний в инженерии, например, в создании систем для доставки лекарств с точным управлением выбросом веществ.
Ранее ученые раскрыли секреты трупного цветка.
