Травянистое растение вида Ecballium elaterium больше известно под названием «бешеный огурец». Так его окрестили за особую манеру распространения семян: к моменту созревания в плодах повышается давление, и семена вместе со слизистой жидкостью с силой выбрасываются наружу. Хотя механизм кажется простым, подробно его до сих пор не изучали. С помощью экспериментов, скоростной видеосъемки и математического моделирования исследователи недавно выяснили, что делает такой способ размножения эффективным.
«Извержение» спелого бешеного огурца (Ecballium elaterium) / © BBC Earth Explore, YouTube
Разобраться в деталях процесса разброса семян бешеного огурца решили ученые из Оксфордского и Манчестерского университетов (Великобритания). По их мнению, эти знания могут быть полезны в биоинженерии и металловедении. В группу вошли специалисты в области математики, ботаники, физики и других наук.
Статья о новой научной работе вышла в журнале The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Опыты проводили в ботаническом саду Оксфордского университета, где есть экземпляры Ecballium elaterium. В природе это растение семейства тыквенных распространено в Средиземноморье, Малой Азии, на юге европейской части России, в Крыму, на Кавказе и в Средней Азии.
Сняв «извержение» спелого бешеного огурца на высокоскоростную камеру, делающую до 8600 кадров в секунду, исследователи установили, что процесс длится около 30 миллисекунд. Семена при этом разлетаются со скоростью примерно 20 метров в секунду на расстояние от двух и почти до 10 метров, что 250 раз больше длины самого плода.
Во время наблюдений ученые также измеряли объем плодов и стеблей до и после разброса семян, делали КТ-снимки и вели съемку в близком к покадровому режиме с длительными паузами. В дальнейшем полученные данные использовали для разработки математических моделей, описывающих этапы тонко организованного механизма рассевания семян, в том числе траектории их разлета.
Как оказалось, за несколько дней до выброса семян скопившаяся в плоде жидкость частично перераспределяется обратно в плодоножку, из-за чего стебель у основания удлиняется, становится толще и жестче.
Таким образом почти вертикально висящий плод приподнимается и разворачивается под углом примерно в 45 градусов. В результате в момент отрыва спелого бешеного огурца от стебля это придает ему вращательное движение. Плод отлетает, равномерно раскидывая семена вокруг. Перечисленные детали способствуют репродуктивному успеху растения.
Исследователи полагают, что сделанные открытия могут лечь в основу новых изобретений. Возможно, их используют для разработки систем точечной доставки лекарств в виде микрокапсул, выбрасывающих наночастицы действующего вещества в нужном месте.
