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当看到漾濞槭的翅果时,我们在想什么

文章来源:  |  发布时间:2021-07-21  |  作者:  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 
         2015年春节前后,亚投网app迁地保护的漾濞槭(Acer yangbiense)开花了,同年结出了第一批果实,多家媒体报道了此事。2020年云龙县漕涧林场近地保护的漾濞槭也开花了,同样有多家媒体报道了此事。一种植物开花结实意味着什么?这标志着它的族群有了希望,种群更新和延续的过程中衍生出更多更深远的意义。
亚投网app开花的漾濞槭(雄花序)

云龙县漕涧林场开花的漾濞槭

植物之所以是植物,是因为它们大部分情况下不能动。如果它们想要搬家,想要逃离不利的环境,或者占据有利的新环境,它们只能抓住种子落下到种子萌发产生幼苗、幼苗扎根将自己固定在一个地方之间的时间差。有些物种则靠环境的力量,比如说水流、风、交通、重力等等;有些物种靠贿赂、欺骗和奇巧,以动物为代步工具;有些靠自身机械的力量,如果实自行炸开、弹射。


借助风力传播种子的蒲公英

漾濞槭的果实是翅果(Samara),也就是说果实上带着伸展开的扁平状的翅膀,这正是适应风传播的果实特征。槭属(Acer L.)的翅果是单翼翅果,对生于果梗,乍一看还以为是双翼翅果,等果实飘落的时候,成对的单翼翅果就会散开,各自飘落。第一次仔细观察漾濞槭翅果飘落的过程是在2016年的深秋,为了采摘野生漾濞槭的果实用于后续人工繁育、供给迁地保护和回归引种所需苗木,我来到了漾濞县太平乡一株漾濞槭下。晴空一碧如洗,那棵树有点高,高枝剪也很难够到,更难的是,高枝剪一碰到果序,果实就会飘散飞落下来。我一拍脑门——对!那就直接晃树,把果实都晃下来!于是,我第一次欣赏到了漫天飞舞的翅果。那场景非常震撼!我竟然从不知道翅果飘落的时候会自旋!优美有如豆娘的舞蹈


带有翅的漾濞槭果实


漫天飞舞的漾濞槭翅果

我之前以为翅果靠着自己伸展出的翅膀,乘风飘去远方,就像飘落的纸片或者树叶,又或是滑翔的飞鼠。可是植物比我想象得更聪明。翅膀可以延长种子落下的过程,让种子容易被风吹到远处,自旋则是双保险,进一步延缓种子落地的时间。当翅果自旋的时候,会产生一股涡流,给自己一个上升力,抵抗重力[1]。这种自转产生的上升力是竹蜻蜓能飞起来的原因,也是旋翼飞机(如无人机)飞翔的原理


槭属翅果飘落过程中的自旋


无人机的飞行原理

竹蜻蜓是靠一双手搓一下竹竿才能自转起来,槭属的翅果为什么能自己转起来呢?槭属的单翼翅果和竹蜻蜓之间的区别就在于两者的重心位置不同:前者的重心是不稳定,这种初始的不稳定感给翅果带来了一种旋转的倾向,而后者重心是稳定的,所以不会自己转起来[23],巧的是旋翼飞机的前进、后退、左右移动也是靠制造出不稳定的重心来实现的,翅果在下降过程中产生稳定的翅膀前缘涡流,从而获得较高的升力[6]。早在晚二叠世早期至中二叠世(约270Ma)的针叶树有翼种子化石中就发现了自旋的翅果,包括不同翅膀状态的化石,从单翼到双翼都有,科学家利用模型模拟了各种状态的翅果——单翼翅果比双翼翅果下降速度慢,而且种子重量越大,单翼翅果相对于双翼翅果而言,自转减缓下降的优势越明显。看来翅果的自旋行为是进化出来的,槭属选择单翼翅果而非双翼翅果是具有进化意义的[4]


漾濞槭的单翼翅果

翅果的翅膀那么薄,会不会容易破损呢?采收翅果的时候确实会发现大量翅果的翅膀是破损的,但是有破损的翅果还是会像完整的翅果一样自旋[5]。单翼翅果可谓槭属植物进化中了不起的设计

虽然大部分翅果会散落在母树周边数十米之内,然而,当风速、风向合适,天气和地形也合适的时候,它们偶尔可以传播几公里,甚至几十、几百公里[78]。有上升力的种子,比没有上升力的种子传播距离远两个数量级[9]。倘若一个物种每十年遇到一阵大风让它传播到10公里外的地方,那么就如同愚公移山似的,代代接力,4万年就可以让这个物种绕地球走一圈。谁说植物不能向往自由呢?植物的旅行是以物种为单位的进行的,只要有时间、有耐心,哪里去不了?


漾濞槭薄薄的翅果

很多人以为漾濞槭不好看、树材也没什么出彩的地方,分布非常狭窄,非要长在有水又开阔的沟谷;性别还非常古怪——一个群体内只有少数几株能开雌花、结果实。这样一个不思进取日薄西山的物种,灭绝不是活该吗?不不不,每个存在的物种都有其适应环境的妙招,都有其过人之处。虽然一个漾濞槭野生种群中只有少数几株结实,但是结实的树往往结实量巨大,在漾濞槭过去熟悉的环境里,这些种子足以让种群自然完成更新;而其生长在沟谷恰恰和风传播的翅果有关系——沟谷能产生更大风,翅果飘落到水中,还能顺着水流进行二次传播。数万年前,甚至数十万年、数百万年前,漾濞槭的翅果又是乘着哪阵风来到了它们现在安家的沟谷中?


野生植株


巨大的结实量

当我们注视漾濞槭没多少美感的翅果时,我们看到每个翅果伸展的翅膀上都流淌过百万年为单位的进化,那是一个物种从祖先那儿传承下来的进取心,是种族繁衍的希望,是一个物种想要存在下去的无声呐喊。



叶正面和背面

当迁地(异地)保育或回归自然的植物结出果实,就好像这个物种将希望临时交到我们手上,我们又小心翼翼地交还给这个物种,希望它们能顺利飘下、顺利发芽、顺利长成新的大树、顺利以脚下为起点,将新的种子传播出去,凭本事争得新的一席之地。或许这个物种走着走着,遇到不一样的沟谷、不一样的邻居,最终会变异成不一样的物种,然后成为新物种的祖先。也或许,它们走着走着就渐渐消失了,更有生命力的物种取代了它们,但是命运给过它们努力的机会,而不是被突然爆发的人类骤然掐灭了所有希望。


漾濞槭的雌花序

我们相信万物有其使命,长在沟谷里的漾濞槭或许也有其使命,这种使命可能是其他物种都替代不了的,也可能是同几个其他物种分享的共同使命,然而每个物种的存在都给整个系统提供更多可变的零件,让生态系统更具弹性。

九月份,去晃一晃结着果实的漾濞槭吧!你会被翅果飘落的优美姿态感动,为其中沉默的诉求所感动!



腾飞的漾濞槭幼叶

参考文献:

[1] RK Norberg. Autorotation, self-stability, and structure of single-winged fruits and seeds (samaras) with comparative remarks on animal flight. Biological Reviews. 1973, 48(4): 561-596.

[2] Minami, S, Azuma, A. Various flying modes of wind-dispersal seeds. Journal of Theoretical Biology. 2003, 225(1): 1-14.

[3] Tennakone, Kirthi. Aerodynamics and right-left symmetry in wind dispersal of maple, dipterocarps, conifers and some genera of apocyanaceae and magnoliaceae. Journal of the National Science Foundation of Sri Lanka. 2017, 45(3): 201-217.

[4] Stevenson Robert A., Evangelista Dennis, Looy Cindy V. When conifers took flight: a biomechanical evaluation of an imperfect evolutionary takeoff. Paleobiology. 2015, 41(2): 205-225.

[5] Varshney Kapil, Chang Song, Wang Z. Jane. The kinematics of falling maple seeds and the initial transition to a helical motion. Nonlinearity. 2012, 25(1): C1-C8.

[6] D. Lentink, W. B. Dickson, J. L. van Leeuwen, et al. Leading-Edge Vortices Elevate Lift of Autorotating Plant Seeds. Science. 2009, 324: 1438-1440.

[7] Nathan Ran. Long-distance dispersal of plants. Science. 2006, 312(5788): 786-788.

[8] Ran Nathan, Frank M. Schurr, Orr Spiegel, et al. Mechanisms of long-distance seed dispersal. Trends in Ecology & Evolution. 2008, 23(11): 638-647.

[9] Ran Nathan, Gabriel G. Katul, Henry S. Horn, et al. Mechanisms of long-distance dispersal of seeds by wind. Nature. 2002, 418(6896): 409-413.


文字:陶丽丹(亚投网app云南省极小种群野生植物综合保护重点实验室)

 

 


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