丰收图里你没注意的可怕秘密：粮食原本都会逃跑
2022/11/18 18:38:54 中国科普博览

    

    

    在我们的印象中，麦子、稻子成熟后，重重的穗子把它们的“腰”都压弯了。可是你可能没有想过这样一个问题：为什么成熟的种子会挂在母体上，不会掉下来？这个问题的答案可能会让你惊掉下巴，那就是：掉下来的谷子会跑路。许多野草的祖先的种子会跑路，我们先来看看其中一种最“会”的——燕麦的近亲不实野燕麦(Avena sterilis)。

    

     不实野燕麦(图片来源：wikimedia)

     不实野燕麦是小麦和大麦地里的常见野草，适应力极强，除了南极洲哪个大洲它都能混。它的种子可能是在三千-四千年前随着小麦和大麦的种植从中东向欧洲和其他地方扩散的。大家看到了吧，不实野燕麦的种子从母体脱落掉到地上后，就展现出与生俱来的功夫——

    

    

     不实野燕麦(图片来源：见水印)

     一个鲤鱼打挺，再一个凌波微步，就跑出好远了。难怪不实野燕麦也叫动麦(animated oat)。

    

     不实野燕麦(图片来源：见水印)细心的你可能发现了，不实野燕麦在跑路的时候，两根呆毛一直在不停地转，它的运动和呆毛有关吗？没错，这种运动确实依靠的是呆毛——芒。不过，它并不是有意识地运动，它跑路的动力并不来自自身，而是来自空气。具体过程是这样的：不实野燕麦的小穗可以在成熟前轻松脱落，掉到地面上。

    

     不实野燕麦(图片来源：见水印)这两根长芒靠近种子的部分具有不对称的吸水能力，其中一边可以吸水膨胀，而另一边一直保持干燥。

    

     不实野燕麦芒的基部随着湿度变化打卷。(图片来源：DOI: 10.1016/j.actbio.2021.08.048)白天热量和湿气积聚在长芒表面，晚上再变凉变干。在不断的润湿和脱水的过程中，这种不对称吸水的芒会让种子一直不停地朝一个方向旋转。这样一来，种子就可以连夜越滚越远，实现扩张。

    

    

     不实野燕麦的自主运动。(图片来源：GRU Information Resource)当种子掉在夹缝中，这种呆毛机械还可以让种子往下继续打洞，保证其接触土壤，顺利发芽。

    

    

     不实野燕麦钻入土中。(图片来源：GRU Information Resource)看，“天线饱苞”自己钻到石头缝下面去躺好了。换言之，不实野燕麦的种子是一种湿气驱动的生物引擎。而这种通过湿气实现的自主运动被称为吸湿运动(Hygroscopic movement)。

    

     不实野燕麦遁地。(图片来源：BYUI Applied Plant Science Department)当然，不仅不实野燕麦有这种本事，咱们的主食基本都有满地打滚的功夫。因为除了荞麦跟藜麦以外，几乎所有的人类主食(如水稻和小麦)都是禾本科植物，而早在1979年，研究者就发现禾本科的许多植物都能够跑路。那年，澳洲昆士兰大学的植物学研究者 Martyn H. Peart 首次通过实验证明，禾本科(Graminea)的众多种子能够“行走”。这是因为，禾本科的种子通常都长有呆毛——芒。他采集了6种带有呆毛的不同品种的禾本科野草，发现它们都会跑路。而去掉呆毛后，它们都不会动了，只能在地面躺平，发芽率也急剧降低。希伯来大学的植物学家 Rivka Elbaum 和 Abraham Yael 指出，其实所有植物种子的传播都依赖吸湿运动，只不过一些像禾本科植物这样靠滚，一些像芝麻那样靠炸，一些靠打地洞。我们来看看小麦“滚滚”。

    小麦(图片来源：wikimedia)小麦的芒也是一个生物引擎。为了保证滚的时候不会打滑，小麦的呆毛是硅质的，摩擦力很大。土壤的硬质成分也是含硅化合物，硅硅相撞不能消除，只能增加摩擦。小麦的呆毛还有防“倒车”的技能。大家看到下面图片里的毛刺了吗？这种毛刺类似于齿轮上防倒转的棘齿，可以防止种子逆向行驶。因此小麦种子只能一直往外滚了。

    

     小麦芒上的毛刺防止它在滚动的时候倒转。(图片来源：doi:10.1126/science.1140097)除了滚以外，小麦的芒还有弹射的技能。2007年发表在 Science 上的一项研究将小麦种子的运动比作青蛙腿，湿度的变化可以推动种子弹射。这是如何实现的呢？一旦小麦的呆毛交叉，无法动弹的时候，应力就会积聚，让呆毛变得像压缩的弹簧一样。一旦应力累计到一定程度，呆毛就会让种子向外弹射。Science 的这项研究指出，小麦的这种设定完美地利用了自然环境。

    

     新月沃土所在地(红)(图片来源：wikimedia)因为在小麦的老家——两河流域的新月沃土(位于今天以色列、叙利亚、伊拉克和土耳其附近)，夏季干旱而漫长，冬天则是短暂的雨季。小麦种子成熟的季节正好是旱季，但夜晚湿度略高。小麦的种子恰好利用了自然界气候的昼夜变化，让自己能愉快漏夜跑路，实现广泛自动化远距离无人传播。这种连滚带爬的技能对植物来说自然好处多多，但是人类不会喜欢。种子都跑光了人还吃什么？

    

     水稻(Oryza sativa)。(图片来源：wikimedia)于是，我们的祖先选育了那些比较胖、不会跑路，甚至不会掉地上的谷物。Elbaum 和同事指出，小麦大约在1万年前被驯化，人类故意选育了那些跑不动的胖种子；在被驯化的小麦中一些品种没有芒，剩下的肥崽子跑不动并不是因为腿短，而是因为根本没办法下地。Elbaum 他们进一步指出，实际上，为了防止小麦跑路，人类的祖先做的另一件重要的事情就是文章开头提到的：从一开始就防止种子掉地上。种子成熟后掉地上的行为被生物学家称为脱粒(shattering)。实际上，农业研究的一大课题就是找到控制脱粒的基因，这样就可以驯化有特殊技能的野生谷物了。

    

     不脱粒的红米(左1)和脱粒红米的对比。(图片来源：FAO)野生小麦很容易脱粒，因为控制它的是显性基因。但是在小麦驯化的过程中，会脱粒的小麦被人类刻意淘汰了。然而，被驯化且还有芒的小麦的躁动基因还保留着，它们的种子依然会根据环境湿度的变化动次打次——

    

     小麦的芒随着空气湿度的变化运动。(图片来源：doi:10.1126/science.1140097)

     我们现在吃的禾本科的水稻(Oryza sativa)和燕麦(Avena sativa)则是另外一个故事了。在驯化的过程中，大米和燕麦除了不会落粒，还失去了能跑路的呆毛。

     被人类驯化后掉了“毛”的燕麦。(图片来源：wikimedia)

     不过也是由于不再拥有呆毛，大米和燕麦没有办法自己打洞钻入土中，需要人工播种。所以现在的它们完全依赖人类才能生存，放归野外就活不成。这么看来，野的比较独立，乖的比较黏人，放在植物上也是适用的啊。如果你比较胖而且不喜欢运动，那可能是有人不想让你滚。

     参考资料：

     https://docs.qq.com/doc/DVGtBSlhsSUhrUXZl

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