大自然最精妙的「植物大砲」：噴瓜
你聽過會發射種子的植物嗎？在植物界中，有一個特別有趣的物種——噴瓜，它可是名副其實的「植物大砲」！
噴瓜（Ecballium elaterium）分布於歐洲與北非，以及溫帶亞洲。它是葫蘆目葫蘆科噴瓜屬的植物，屬之下只有噴瓜這一種。噴瓜的果實大約是4公分 X 2公分，裡面含有大約50顆種子。種子的大小大約為5 mm X 3 mm，僅佔果實中大約6%的體積。種子浸泡在黏液狀的基質中，液體密度近似水（約1,000 kg/m³）。過去人們發現液體內含有毒物質，會造成水腫等問題，甚至有人因此住院。
雖然達爾文並沒有觀察噴瓜，但是人們很早就注意到這個植物。過去曾有紀錄提到，噴瓜可以把種子噴出7-8公尺遠。不過，因為噴瓜噴種子的速度實在太快，所以過去一直都沒辦法詳實地記錄下來。
隨著技術的進步，最近有研究團隊以高速攝影機來研究噴瓜。在每秒3200到8600幀的拍攝速度下，研究團隊得以準確捕捉種子彈射的過程，深入探討「噴瓜物理學」。
他們發現，隨著果實成熟，果實內開始儲存大量黏稠液體，就像給氣球充氣一樣，把內部壓力逐漸提高。到了發射前幾天，噴瓜會把部分重量從果實移到莖部，這樣可以讓莖變得更硬挺（根據計算，發射前4天期間，莖部硬度增加約5倍），也防止莖因為果實過重而下垂。同時，莖也會讓果實慢慢傾斜到最佳發射角度（大約是40-45度）。
到發射前，果實的硬度可以提高到發射後的3.5倍，換算起來前後大約相差了1.7 bar的壓力。以模型模擬時發現，如果壓力太大，種子會射得太高，幾乎都掉在母株附近，沒有好的水平傳播距離；如果壓力不足，種子噴得不夠遠，造成傳播距離太短，對拓展生存空間不利。
發射開始時，果實將種子以每秒17-18公尺的速度射出，相當於時速60多公里！整個發射過程只花了大約0.03秒，有趣的是，最早射出的種子速度最快，角度也最小；越後面的種子射出的速度漸減，但發射角度逐漸增加。研究團隊觀察發現，這樣的設計讓種子能均勻分布在不同距離（4-12公尺），而且種子還能在各個方向均勻分布，確保下一代有足夠的生存空間。
如果以噴射得最遠的距離（12公尺）來算，再除上種子的長度（5 mm）的話，噴瓜居然能把的種子射出超過自己長度2000倍的距離！而在這個驚人的能力背後，隱藏著精密的物理機制：發射的角度、壓力的累積，對是否能完美地發射種子都非常重要。
噴瓜的故事告訴我們，看似簡單的植物，其實暗藏玄機。這個精妙的「植物大砲」系統，不只展現了大自然的神奇，也讓我們進一步思考：這樣的設計是否能應用在工程或其他領域呢？
下次當你看到噴瓜時，別忘了：這可不是普通的植物，而是經過數百萬年進化，精心打造的天然種子發射器呢！
參考文獻：
F. Box, D.E. Moulton, D. Vella, Y. Bhagotra, T. Lowe, A. Goriely, C.J. Thorogood, Uncovering the mechanical secrets of the squirting cucumber, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
121 (50) e2410420121, https://doi.org/10.1073/pnas.2410420121 (2024).
你可能也想看
