新研究揭开了向日葵集体上演环旋之舞的原因

一项研究显示，密集种植的向日葵通过随机移动来确保最佳的阳光捕获，这突出了环状运动在植物生长和相互支持中的作用。特拉维夫大学的一个研究小组发现，生长在茂密环境中的植物可以通过固有的随机运动（即环旋运动）优化阳光捕捉，最大限度地减少相互遮挡。

这项研究是与科罗拉多大学博尔德分校合作进行的，揭示了这些运动在集体层面上增强光合作用的重要性，解决了达尔文最初观察到的一个长期存在的科学难题。

以前的研究表明，如果向日葵被密集地种植在一块田地里，相互遮挡，它们就会以"之"字形生长 - 一前一后，这样就不会相互遮挡。这样，它们并排生长，可以最大限度地获得阳光照射，从而在集体层面上进行光合作用。特拉维夫大学生命科学学院植物科学和食品安全学院的首席研究员亚斯明-梅罗兹教授说："事实上，植物知道如何区分建筑物的阴影和叶子的绿色阴影。如果它们感觉到建筑物的阴影--它们通常不会改变生长方向，因为它们"知道"这不会有什么影响。但如果它们感觉到植物的影子，它们就会朝着远离影子的方向生长。"

雅斯敏-梅罗兹教授

在最近发表在《物理评论 X》上的这项研究中，研究人员调查了向日葵如何"知道"以最佳方式生长（即集体最大限度地捕捉阳光），并分析了向日葵在实验室中的生长动态，它们在实验室中呈现出"之"字形图案。梅罗兹教授和她的团队在高密度环境中种植向日葵，并在向日葵生长过程中对其进行拍照，每隔几分钟拍摄一次。然后将这些照片合成一部延时电影。通过跟踪每朵向日葵的运动，研究人员观察到向日葵经常"跳舞"。

据研究人员称，达尔文是第一个认识到所有植物在生长过程中都会表现出一种周期性运动（"圆周运动"）的人--茎和根都表现出这种行为。但直到今天，除了攀援植物等少数情况外（攀援植物在生长过程中会做巨大的圆周运动，以寻找可以抓住的东西），人们还不清楚这是一种伪装还是生长的关键特征。植物为什么要投入能量向随机方向生长呢？

图片来源：特拉维夫大学

梅罗兹教授解释说："作为研究的一部分，我们进行了物理分析，捕捉向日葵集体中每一朵向日葵的行为，我们看到向日葵'跳舞'以寻找最佳角度，这样每朵花都不会遮挡邻居的阳光。我们对这种运动进行了统计量化，并通过计算机模拟表明，这些随机运动被集体用于最大限度地减少阴影。我们还非常惊讶地发现，向日葵的'舞步'分布非常广泛，从接近零位移到每隔几分钟向一个方向移动两厘米，范围超过三个数量级。"

最后，梅罗兹教授补充道："向日葵植物既能利用小而慢的步长，也能利用大而快的步长，为集体找到最佳排列方式。也就是说，如果步幅过小或过大，都会导致更多的相互遮挡和更少的光合作用。这有点像一个拥挤的舞会，个人为了获得更多的空间而四处跳舞：如果他们走得太多，就会干扰其他舞者，但如果他们走得太少，拥挤的问题就无法解决，因为广场的一角会非常拥挤，而另一边却空无一人。向日葵也表现出类似的交流动态--对邻近植物的遮荫作出反应，同时不考虑外部刺激，随意移动。"

特拉维夫大学和科罗拉多大学的研究人员证明，向日葵在密植时会随机移动，以避免相互遮挡，从而有效地最大限度地提高集体光合作用。这一发现为植物行为和环行提供了重要启示。

编译自/ScitechDaily