Ένας μικρός καρπός, συγγενής του αγγουριού, που εκτοξεύει σπόρους, περιβάλλεται από μυστήριο το οποίο ιντριγκάρει τους φυσιοδίφες από την εποχή της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας.
Τα πικραγγούρια αυτά εκτοξεύουν τους σπόρους τους σε αποστάσεις εκατοντάδες φορές το μήκος τους και τώρα οι επιστήμονες γνωρίζουν πώς το κάνουν.
Ένα πικραγγούρι που εκτοξεύει τους σπόρους του είναι ένα αξιοσημείωτο θέαμα, αλλά αν ανοιγοκλείσετε τα μάτια σας, μπορεί να το χάσετε - η έκρηξη διαρκεί περίπου 0,03 δευτερόλεπτα .
Όταν είναι ώριμος, ο τριχωτός πράσινος καρπός έχει μήκος περίπου 4 εκατοστά. Όταν πέφτει ένα στέλεχος, εκτοξεύει ένα σιντριβάνι από σπόρους, μαζί με κολλώδες υγρό και ταχύτητα περίπου 20 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, ενώ οι σπόροι φτάνουν σε αποστάσεις περίπου 10 μέτρων.
Τα squirting cucumbers, γνωστά και με την επιστημονική ονομασία Ecballium elaterium, απαντώνται σε όλη τη Μεσόγειο και την Ευρώπη, καθώς και σε τμήματα της βόρειας Αφρικής, της Αυστραλίας, της Ασίας και της Βόρειας Αμερικής. Είναι μέλη της οικογένειας των κολοκυθοειδών (Cucurbitaceae), αλλά οι πίδακες των σπόρων τους είναι μοναδικοί και σπάνιοι μεταξύ των φυτών.
Ο αρχαίος Ρωμαίος φυσιοδίφης Πλίνιος ο Πρεσβύτερος (23-79 μ.Χ.) ήταν ο πρώτος που περιέγραψε το «πιτσίλισμα» των πικραγγουριών, προειδοποιώντας ότι «ο σπόρος εκτοξεύεται, θέτοντας σε κίνδυνο ακόμη και τα μάτια». Μελέτες του 19ου αιώνα έδωσαν ενδείξεις για το εσωτερικό σύστημα εκτόξευσης των πικραγγουριών υπό υψηλή πίεση, αλλά μέχρι τώρα οι λεπτομέρειες των εκτοξεύσεων των σπόρων τους ήταν ελάχιστα κατανοητές.
Πρόσφατα οι ερευνητές έλυσαν αυτό το βαλλιστικό μυστήριο. Χρησιμοποίησαν βίντεο υψηλής ταχύτητας, φωτογραφίες time-lapse, αξονικές τομογραφίες και ψηφιακές τρισδιάστατες ανακατασκευές για να αναλύσουν τους σπόρους που εκτοξεύονται πριν, κατά τη διάρκεια και μετά από μια εκτόξευση, ενώ δημιούργησαν μαθηματικά μοντέλα για να περιγράψουν τις εκρήξεις των φρούτων που μοιάζουν με θερμοπίδακες.
Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences, εξηγούν ότι ο μηχανισμός εκτόξευσης είναι πιο πολύπλοκος από μια απλή συσσώρευση υγρού και απελευθέρωση εσωτερικής πίεσης. Μαζί με τη διόγκωση των πικρααγγουριών, άλλες φυσικές αλλαγές στο φυτό πριν και κατά τη διάρκεια της έκρηξης διαμόρφωσαν τη γωνία, το ύψος και την απόσταση μιας επιτυχημένης εκτόξευσης σπόρων, σύμφωνα με τη μελέτη.
«Είναι μια νέα ιδέα ότι η βέλτιστη διασπορά των σπόρων δεν έχει να κάνει μόνο με τη δημιουργία της μεγαλύτερης πίεσης στον καρπό», δήλωσε η Δρ Angela Hay, επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο Ινστιτούτο Max Planck για την έρευνα της φυτικής αναπαραγωγής στην Κολωνία της Γερμανίας. Η Hay έχει γράψει στο παρελθόν για την εκρηκτική διασπορά των σπόρων, αλλά δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα.
Αντίθετα, είπε η Hay η μελέτη υποδηλώνει ότι η πιο αποτελεσματική εκτόξευση σπόρων βασίζεται σε ένα συνδυασμό μεταξύ της πίεσης από τη συσσώρευση υγρών και άλλων διακριτών αλλαγών που προετοιμάζουν τον καρπό για εκείνη την εκρηκτική στιγμή.
Μια μικροσκοπική εκτόξευση
Ο συν-συγγραφέας της μελέτης Dr. Derek Moulton, καθηγητής εφαρμοσμένων μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης του Ηνωμένου Βασιλείου, γνώρισε το πικραγγούρι το καλοκαίρι του 2022 από τον επικεφαλής συγγραφέα της μελέτης Dr. Chris Thorogood, αναπληρωτή διευθυντή και επικεφαλής της επιστήμης στο Βοτανικό Κήπο και Αρμπορέτο της Οξφόρδης.
«Έχουμε εργαστεί σε κάποια άλλα έργα μαζί και έχουμε μια πολύ καλή σχέση συνεργασίας», δήλωσε ο Moulton στο CNN. «Μου δείχνει ένα φυτό που κάνει κάτι ενδιαφέρον και στη συνέχεια προσπαθώ να χρησιμοποιήσω τα μαθηματικά για να το κατανοήσω».
Ο Thorogood έφερε τον Moulton και άλλους ερευνητές να δουν τα squirting cucumbers στον κήπο της Οξφόρδης, διαβεβαιώνοντάς τους ότι οι ταπεινές κολοκύθες ήταν πιο παράξενες από ό,τι φαίνονταν. Όταν ήταν ώριμα, το μόνο που χρειαζόταν ήταν ένα άγγιγμα για να ενεργοποιηθεί η εκτόξευσή τους με μεγάλη ισχύ.
Τα βίντεο υψηλής ταχύτητας των πικραγγουριών ήταν μόνο η αρχή. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αξονικές τομογραφίες για να μελετήσουν την εσωτερική διάταξη των σπόρων, δοκίμασαν την ακαμψία των φυτικών μερών και κατέγραψαν βίντεο time-lapse τις ημέρες πριν από την εκτόξευση των σπόρων για να παρακολουθήσουν τις φυσικές αλλαγές στους μίσχους και τους καρπούς.
Με μαθηματικά μοντέλα που βασίστηκαν στα δεδομένα τους, οι επιστήμονες δημιούργησαν προσομοιώσεις των σπόρων που έκαναν πτήση και προέβλεψαν πού θα προσγειωθούν.
«Το μαθηματικό μας πλαίσιο προήλθε από τη σκέψη για τη φυσική της διαδικασίας, τόσο πριν όσο και κατά τη διάρκεια της εκτίναξης του σπόρου, και περιλάμβανε μαθηματικές περιγραφές τόσο του καρπού όσο και του στελέχους και του τρόπου αλληλεπίδρασης τους», είπε ο Moulton.
Πηγή: CNN