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钩状刺抓住纤维——生物策略——AskNature

花匠小妙招
2024-12-12 15:27

light pink and purple stamen of a burdock surrounded by green and brown drying hooks

生物策略

钩状刺抓住纤维

小牛蒡

Elyse DeFranco

图片： AJC1 / Flickr / CC BY SA - 知识共享归属 + 相同方式共享

临时附加

生命系统有时必须暂时停留在一个地方，攀爬或以其他方式移动，或将物体固定在一起。这需要暂时附着并具有释放能力，从而最大限度地减少能源和材料的使用。一些生命系统在很长一段时间内（例如在其一生中）反复附着、分离和重新附着。尽管是暂时的，但这些附件必须承受物理和其他力量，直到实现其目的。因此，生命系统已经采用了针对其必须使用的时间或次数进行优化的附着机制。壁虎就是一个例子，它通过将脚趾固定在不到一秒钟的时间来爬墙。其他例子包括将卵附着在叶子上直至孵化的昆虫，以及翅膀在飞行过程中暂时附着但在着陆后分离的昆虫。

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Flowering plants

Plants 开花植物小牛蒡

开花植物

被子植物分支（“容器种子”）：蒲公英、橡树、草、仙人掌、苹果

被子植物有 416 个科，包含约 300,000 个已知物种，是最多样化的植物群，它们分布在全球各地的各种栖息地。它们的特征是种子生长在子房内，而子房又包围在花中。然后花器官发育成无数种类和尺寸的水果，从枫树上简单的种子外壳到木瓜等复杂的肉质生长物。化石中已知的最古老的花 Montsechia vidalii 出现在 130 亿年前的侏罗纪时期。它们是草食动物的主要食物来源，这反过来又使它们成为食肉动物的间接食物来源。

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迷上了你！

探索使用 Velcro（最广泛认可的示例之一）向年轻学习者介绍仿生学的资源。

内容介绍战略潜力相关创新参考资料

小牛蒡种子外壳上的内弯钩子会抓住路过动物的毛发，并将种子传播到广阔的区域。

介绍

我们很多人都遇到过这样的情况：散步或远足回来时，我们注意到我们的裤子、鞋子，甚至狗的皮毛上都附着有带刺的种子或毛刺。我们把它们摘下来扔到地上，让它们有机会长成一株全新的植物。

这是植物将种子传播到比直接落在地面更广的区域的一种方式。通过产生粘在经过的动物身上的种子，植物在不知情的情况下将我们变成了传播它们种子的盟友。

一种特别擅长利用这种方法的植物是牛蒡子，也称为小牛蒡或普通牛蒡，原产于欧洲，但被引入世界大部分地区。

战略

小牛蒡的果实是一个圆形的头，宽约四分之三英寸（2厘米），有紫色的花瓣，上面覆盖着长而柔韧的刺，刺的末端是弯曲的钩子。刺和花瓣在花头内部的种子周围形成球形外壳。

该植物在其原始欧洲栖息地的夏季之后的七月至十月期间开花。当种子成熟时，花会干燥，整个种皮很容易与茎分离。钩状的刺很容易附着在经过的动物的皮肤、毛皮甚至羽毛上，然后将种子运送到动物漫步的地方。最终，当动物擦掉皮毛上的毛刺时，种子就会分离并散布到土壤中。

通过沿着动物宿主的路径落下，种子也更有可能种植在新施肥的土壤中，从而使它们成功发芽和长成成熟植物的几率更高。相反，这些钩子非常顽强，以至于鸟类、蝙蝠和其他小动物发现自己被带钩的刺卡住，无法施加足够的力量来脱离植物。

钩状的刺很容易附着在经过的动物的皮肤、毛皮甚至羽毛上，然后将种子运送到动物漫步的地方。

潜力

小牛蒡是 Velcro 发明的灵感和模型，它通过使用两条织物条来重现附着策略：一条类似于带有弯曲钩子的刺，另一条类似于带有数千个小环的动物皮毛。当两种织物相遇时，它们以牢固但可拆卸的方式相互粘附，从而可以重复使用。

1941 年，瑞士工程师乔治·德·梅斯特拉尔 (Georges de Mestral) 在树林里散步时，体验到这种植物的种子附着在他的裤子和他的狗身上，之后花了八年时间尝试复制这种植物的粘合力。近一个世纪后，小牛蒡使用粘性钩子的方法它改善了人类的努力，就像给孩子系鞋一样平常，也像国际空间站上的支撑设备一样非凡。

参考资料

“花萼呈球形，由许多狭窄的鳞片组成，每个鳞片的尖端都有一个小内弯的钩子，当充满成熟的种子时，整个花萼很容易从茎上分离，粘附在动物的毛状或毛状皮毛上，它们几乎无法摆脱这种负担，而不会将花萼磨成碎片，从而将种子散布在它们的栖息地周围，在那里它最有可能遇到施肥的土壤。” （史密斯和索尔比 1804：1228）

“牛蒡的广泛分布在一定程度上归因于其种子外壳的独特形态，种子外壳具有粘性刺，可以轻松附着在皮肤、毛皮和羽毛上，从而实现动物传播。” （诺奎等人：339）