研究发现，喷射黄瓜会变厚变硬，以“惊人的速度和精度”喷射种子

喷射黄瓜将种子喷射到距离母株 33 英尺（10 m）远的地方，以避免过度拥挤和竞争，但它们到底是如何做到这一点长期以来一直是个谜。

喷射黄瓜因其以猛烈的液体射流喷射种子的方式而得名——现在，科学家们终于解开了这些爆炸发射的神秘机制。

新的研究表明，这些不可食用的黄瓜（Ecballium elaterium）在希腊语中的意思是“扔掉”，它们的果实中会积聚液体，在黄瓜内部产生巨大的压力，最终导致黄瓜破裂。值得注意的是，科学家发现，在种子释放之前，压力会下降，因为液体从果实流入茎中，改变了茎的形状，并将黄瓜弹射出去，使它们喷出其中的内容物。

这些发现为长期以来研究人员感兴趣的问题提供了答案。

“几个世纪以来，人们一直在问这种非凡的植物如何以及为何以如此暴力的方式将其种子传播到世界，”研究合著者、副主任兼负责人Chris Thorogood英国牛津植物园和植物园的科学博士在一份声明中说道。 “现在，作为一个由生物学家和数学家组成的团队，我们终于开始解开这个伟大的植物谜团。”

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喷黄瓜是葫芦科（葫芦科）的成员，该科还包括甜瓜、南瓜和西葫芦。为了弄清楚这些毛茸茸的小黄瓜是如何释放种子的，索罗古德和他的同事使用了延时摄影、CT 扫描和每秒捕捉 8,600 帧的高速相机。声明称，种子喷射仅持续 30 毫秒，短到肉眼无法看到。

研究小组还测量了植物释放种子前后黄瓜和茎的体积。然后研究人员将这些数据输入数学模型，以绘制种子喷射的力学和轨迹。

研究合著者 Finn Box 于周一（11 月 25 日）在PNAS杂志上发表了这一结果，首次揭示了喷射黄瓜如何“以惊人的速度和精确度”排出种子。英国曼彻斯特大学流体与软物质物理小组研究员在一份单独声明中说道。

液体会在黄瓜内部积聚数周，从而形成排出种子所需的压力。但在发射前几天，一些液体会进入茎部，导致茎部变得更长、更厚、更硬。博克斯说，这个过程“在植物界几乎闻所未闻”，它会改变黄瓜的角度，从而在果实破裂后最大限度地传播种子。

在种子发射前几微秒，茎的尖端会远离黄瓜，导致它们在弹射时旋转。由于这种扭转运动，喷射黄瓜可以将种子以每秒 66 英尺（20 米每秒）的速度喷射到距母株 33 英尺（10 米）的地方。

博克斯说：“黄瓜植物的爆炸性发射已经经历了几代人的进化，以帮助其生存。” “这些机制使植物能够将种子传播到广阔的区域，减少后代和其他邻近植物之间的过度拥挤和竞争，确保下一代有更好的生存机会。”

根据这项研究，这些机制的轻微改变会降低种子的存活机会。在他们的模型中，研究人员探索了在果实中增加压力而不将液体重新分配到茎的后果，例如，这导致种子在母株周围更紧密地传播并降低了幼苗的存活率。

博克斯在第一份声明中表示，这些结果解决了一个长期存在的谜团，但它们也可能激发新技术，例如可以根据需要在身体特定部位喷射药物的医疗设备。 “这项研究为仿生工程和材料科学，特别是按需给药系统提供了潜在的应用，”他说。