路边的杂草如何积聚爆炸力来投掷种子

长毛苦菜是一种向各个方向投掷种子以有效传播种子的植物。一个研究小组现在发现，为了做到这一点，这种植物使用了一种以前未知的机制，使种子荚收缩并张开，几乎就像肌肉一样

图宾根大学植物分子生物学中心的Gabriella Mosca博士是这项研究的主要作者之一，该研究由科隆马克斯·普朗克植物育种研究所的Angela Hay博士领导。研究结果现已发表在《当代生物学》上

毛苦芹（Cardamine hirsuta）是一种草本一年生植物，可长到30厘米高。Angela Hay报道称：“这些豆荚由两个长的瓣叶组成。当种子准备好扩散时，这些瓣叶会迅速卷曲，以惊人的速度加速种子——高达每秒10米。”

压力积聚

该研究的主要作者Gabriella Mosca博士和Ryan Eng博士发现，这种植物利用自身细胞的生长过程，在豆荚中产生全组织的收缩，建立足够的张力，使其爆炸。Mosca说：“扩张性生长会导致组织收缩，这似乎是矛盾的，但在某些条件下，一种生长会导致另一种生长。”

在生长过程中，豆荚中的细胞不仅在大小上发生变化，而且在形状上也发生变化。每个细胞的形状都受到其壁中纤维素纤维排列的影响。Mosca解释道：“这些纤维就像钢索，几乎无法拉伸。因此，生长的细胞别无选择，只能与纤维素纤维成直角生长。”

“在爆炸性种子荚中，纤维素纤维的排列方式使细胞生长成特定的形状，在每个细胞内的膨压作用下，这种形状会导致组织范围的收缩。这几乎就像人或动物的肌肉收缩一样。”

细胞壁的计算机模型

通过细胞壁中纤维素纤维的交叉图案来优化该过程。Mosca说：“当细胞用交叉的纤维素纤维而不是平行的纤维素纤维生长时，这会增加额外的拉伸。”。“种子荚细胞壁中纵横交错的纤维素纤维可能看起来是随机的。但事实上，这种模式对弹射机制至关重要。”

研究人员使用活细胞成像和定量技术来测量细胞生长。此外，Mosca与John Innes中心的Richard Smith博士合作，为这项研究开发了一个植物细胞壁多层结构的计算机模型。这个模型是他们开发的一个软件的一部分，该软件名为MorphoMechanX，用于模拟植物的力学和生长。该模型现在可以用于植物生物力学的进一步研究和细胞壁研究

对于研究人员Angela Hay和Gabriella Mosca来说，这一结果也提出了进一步的问题。Hay说：“我们想了解微管在豆荚生长过程中是如何在协调的开关中重新定向的。爆炸过程取决于这种开关。”。微管是细胞中的结构辅助物，形成一种轨道系统来引导纤维素纤维的构建

“此外，通过拍摄弹射过程，我们注意到，在爆炸过程中，所有的吊舱阀都以相同的空间排列。在我在图宾根大学的工作组中，我想继续研究协调这一过程的机制，”Mosca说