Растения, которые стреляют семенами: исследование биомеханики

Исследователи из Университета Дьюка изучили механизм, с помощью которого растения семейства гамамелисовых (witch hazel) с огромной скоростью разбрасывают свои семена.

Сверхскоростной запуск

Когда плоды гамамелиса созревают, их деревянистые коробочки растрескиваются. Внутри нарастает давление, и семена выстреливают, как пули, достигая скорости 30 футов в секунду (около 9 м/с) всего за полмиллисекунды. Процесс слишком быстр для человеческого глаза, поэтому для съемки использовалась высокоскоростная камера, записывающая 100 000 кадров в секунду.

Неожиданное открытие

Ученые собрали плоды трех видов гамамелиса. Масса семян различалась на порядок: от 15 мг (легче рисового зерна) до вдесятеро более тяжелых. Однако все виды разгоняли свои семена до примерно одинаковой скорости, что стало неожиданностью для исследователей.

Секрет в "пружине"

Исследование, опубликованное в Journal of the Royal Society Interface, показало, что все три вида используют один механизм — пружинный запуск.

Перед выстрелом стенки плодовой коробочки высыхают и деформируются, накапливая упругую энергию. Сжимаясь, они выталкивают семя — аналогично тому, как можно выстрелить арбузной семечкой, сжав ее пальцами.

Ключевой вывод: виды с более тяжелыми семенами имеют более крупные коробочки, способные запасти больше упругой энергии, что и позволяет разгонять массивные семена до той же скорости, что и легкие.

Будущие исследования и приложения

Следующий этап — изучение аэродинамики полета семян и расстояния, на которое они могут перемещаться.

Исследователи полагают, что понимание этих "биологических пружин" может помочь в робототехнике. Сложные природные формы могут предложить преимущества для проектирования синтетических пружин, например, в небольших прыгающих роботах.