Дальність польоту насіння руелії пояснили їх обертанням

Американські вчені досліджували аеродинаміку польоту насіння руелії після «вибуху» плоду, який рослина використовує як механізм поширення насіння. Виявилося, що для збільшення дальності польоту дископодібного насіння, яка в середньому становить близько семи метрів, рослина закручує їх з частотою до 1500 обертів на секунду, пишуть вчені в.

Поширення насіння - одна з важливих стадій життєвого циклу рослин, за допомогою якого можна збільшити ареал проживання, знайти більш сприятливі умови для зростання і підвищити генетичне розмаїття. Зазвичай для збільшення дальності перенесення насіння рослини використовують тварин, які або з'їдають соковиті плоди, або переносять сухі плоди, що прикріпилися до них за допомогою гачків або зачіпок. Іншим помічником при перенесенні насіння можуть бути природні явища - вітер або водні потоки. Однак деякі рослини не покладаються на чужу допомогу і намагаються збільшити площу розповсюдження власними силами, якимось чином збільшуючи швидкість і дальність польоту насіння.

Одна з таких рослин - руелія. Це невелика квіткова рослина з сімейства акантових, яка для поширення насіння «підриває» плід, так що насіння з великою швидкістю розлітається в різні боки - біля руелії виду дальність польоту дископодібного насіння діаметром в пару міліметрів може досягати семи метрів. Американські вчені під керівництвом Дуайта Вітакера (Dwight L. Whitaker) з Помонського коледжу вирішили вивчити аеродинаміку насіння Ruellia ciliatiflora, щоб визначити, за рахунок чого ж рослині вдається «стріляти» насінням на таку велику відстань.

Для визначення параметрів траєкторії насіння в польоті вчені зняли процес вистрілювання на високошвидкісну камеру з частотою зйомки 2 тисячі кадрів на секунду. Окремо вчені вимірювали швидкість обертання насіння. Для цього зовсім невелику частину польоту, що триває всього кілька мілісекунд, записували зі швидкістю від 6000 до 20000 кадрів на секунду.

Виявилося, що при «пострілі» руелія запускає насіння (яке являють собою дископодібні частинки середнім радіусом 2,5 міліметра і товщиною 0,45 міліметра) в середньому під кутом 40 градусів до горизонту з початковою швидкістю 10 метрів на секунду. При цьому для стабілізації траєкторії і зниження аеродинамічного опору рослина закручує насіння, так що частота їх обертання становила в районі 1300 оборотів в секунду. В окремих випадках початкова швидкість польоту сягала 15 метрів на секунду, а частота обертання перевершувала 1500 обертів на секунду.

Під час польоту дископодібне насіння руелії орієнтоване таким чином, що його площина збігається з площиною траєкторії польоту, тобто фактично котиться, як колесо. При цьому, правда, обертається воно не вперед, а назад (тобто рухається подібно тенісного м'яча після різаного удару). Таке обертання дозволяє площині диска практично не відхилятися від площини польоту, зменшувати аеродинамічний опір і збільшувати дальність.

Використання обертання для стабілізації польоту частинок використовується, наприклад, в нарізній зброї, в якій за рахунок наявності в стовбурі борознок вдається закручувати кулю, так що на виході зі стовбура вона обертається з частотою близько 3000 обертів в секунду, що дозволяє збільшувати дальність польоту і підвищувати точність пострілів.

Рослинам же такий підхід дозволяє в середньому запускати насіння на відстань близько 7 метрів від квітки. Для порівняння, те насіння, яке не вдалося орієнтувати правильним чином, відлітає в середньому тільки на 3 метри, а сферична частинка того ж обсягу - на 5 метрів. Крім того, вчені також виміряли підйомну силу, яка діє на насіння, але виявилося, що при таких швидкостях польоту, її значення досить невелике і може збільшити дальність польоту не більше, ніж на кілька сантиметрів.

Одним з альтернативних способів поширення насіння для невеликих рослин служать комахи. При цьому деякі комахи не тільки допомагають рослинам збільшувати відстань, на яку відбувається перенесення насіння, а й самі «культивують» окремі види рослин. Наприклад, мурахи на Фіджі вирощують рослини з роду сквамелярій, які можуть служити для них жилем і додатковим джерелом їжі.