中美学者新解百合绽放之谜
可为仿生学提供新的设计原理
《工人日报》(2011年03月31日 006版)
本报讯(通讯员范琼 记者陈华)3月21日出版的《美国国家科学院院刊》刊登了中国科学技术大学梁海弋教授与美国哈佛大学马哈德文教授合作研究的百合花开放真相的新成果。他们发现百合花瓣的边缘比中间部分要长,而这一不均匀生长特性在花瓣上产生了很大的力,最终使花朵绽放。
传统观点认为,百合花瓣的中脉向外弯曲,或者花瓣内面生长快于外面的双金属片弯曲,这是百合花开放的根源。中美两国的科学家们实验发现,花瓣边缘比中脉的生长速率快40%以上。他们由此认为,花瓣生长速度上的差异,使边缘受到很大的膨胀力而中间区域受到拉力;花瓣在这种不均匀生长导致的内力作用下逐步向外弯曲,在花瓣边缘上逐步产生褶皱,最终完全绽放。
进一步的理论与数值模拟揭示了开花过程中花瓣内力的变化。科学家们惊奇地发现,在花蕾开放初期,边缘膨胀力不能有效地弯曲花瓣,但达到某个临界点后则可高效地向外弯曲花瓣,而这正是百合花快速开放所需要的。
“1790年,德国博物学家约翰·歌德曾经在《植物的改变》一文中宣称叶子和花是同源的。我们先前的工作也表明,边缘过度生长导致了树叶呈现多种形貌。树叶和百合花同样的边缘过度生长机制是200年来第一次在植物器官层次上证实了约翰·歌德这个预言。”梁海弋说:“自然界又一次向我们展示了一个高度进化的杰作,这为仿生学提供了一个新的设计原理。”



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