蒲公英種子激發穩定的「渦旋環」，實現奇妙的「降落傘旅行」

最新研究發現，蒲公英的種子在空中飛行時，會產生一種新型空氣漩渦，能有效減緩其下降的速度。

一隻蒲公英，供圖：Smudge 9000

來源 | AIP Inside Science

作者 | Charles Q. Choi

一個普通頑童的一次正常呼氣，就足以把幾十顆毛茸茸的蒲公英種子吹向空中。最近，科學家們發現，這些種子在空中飄浮時會產生一種渦流，使其能保持自身的高度，——而這種渦流，曾被認為「過於不穩定」而不可能存在。該發現將有助於揭秘花朵們是如何在地球上傳播擴散。

奇妙的「降落傘」旅行

對蒲公英來說，每顆種子都附著在大約100根羽毛狀的硬毛上，這些硬毛的專業術語叫「冠毛」。該名稱來源於古希臘語中的單詞「祖父」，——因為這些硬毛很像祖父的鬍子。這種特殊的種子結構能夠拖曳空氣，就好像降落傘一樣延長其降落的時間。這樣，水平的風就可以將種子帶向更遠更廣闊的領域。通常，大多數蒲公英的種子會落在離其花朵兩米遠的地方，但當環境溫暖、乾燥又多風時，其中有一些就可能會飛到一公里以外的地方。

在自然界，蒲公英不是唯一懂得利用風來傳播種子的植物。然而，蒲公英為什麼會進化出羽狀的冠毛（以幫助種子長時間地在空氣中飄浮），而不是像楓樹的種子那樣，長出翼狀薄膜呢？目前，這依然是一個謎。

圖註：楓樹（左）和它的種子（右）

穩定的「渦旋環」

為了進一步探究這個問題，來自蘇格蘭愛丁堡大學的科學家們建造了一個垂直的風洞，來研究蒲公英種子飛行的物理原理。實驗中，他們會在蒲公英種子的下方吹氣，而這些種子有的可以自由飛行，有的則被固定在原地。同時，科學家們還在風中加入煙霧，用綠色激光加以照亮，進而能夠更好地顯示空氣在蒲公英種子周圍的運動方式。

通過超長曝光攝影技術和高速成像技術，研究人員發現了一種被稱為「漩渦環」的穩定氣泡，在這個過程中，它們會與種子保持固定的距離。另外，研究人員還通過使用不同孔隙的硅盤來模擬蒲公英的冠毛，研究其空氣動力學。實驗結果表明，蒲公英冠毛圓形的幾何尺寸和空氣性能是自然界精心設計的，它們可以穩定這些渦旋環，並且產生的空氣阻力是相同面積固體圓盤的四倍。據此，研究人員認為，這種帶羽毛狀的結構可能是短小植株擴撒其小而輕的種子的理想結構，而翼狀薄膜則可能更適合大型的種子。

早前的研究已經發現，物體可以在其尾流中產生旋渦翼，但這些旋渦翼或是固定在這些物體上，或是飛向下游。而此次新發現的渦旋環，在以前被認為「太不穩定」而不可能真正發生。通過這項研究，人們發現研究自然界還可以揭示出其他一些未知的流體行為。

這項研究工作刊發在10月17日的《自然》雜誌上。文章中，作者詳細介紹了他們此次的研究發現。

翻譯 | 谷大春

責編 | 高佩雯

https://www.insidescience.org/news/how-dandelion-seeds-stay-afloat-so-long

美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿

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