创作者 城明辰 科学普及中国
秋天来啦，又到了天地万物复苏……不，落花狂飞的时节！
这些高空摇曳的落花不仅影响视野，还会使人禁不住打喷嚏，甚至造成皮肤过敏。
但落花有什么错呢？人家只是想借个春风播种籽罢了。
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较之于动物，真菌对于他们的孩子（种籽）或许比较绝情，总要将其送向远方（即便留在他们身旁，它将来还要与他们争夺阳光、土地和水）。
因此，真菌演化成了各式各样独有的是种籽散播方式。
由于自身的精神力量实在非常有限，它大多选择借助于外来的精神力量，许多真菌就倾向于利用大自然的风散播种籽，就像刚刚我们开头提到的落花一样。
今天笔者就与大家一起，了解一下这些“善严兰贞”的真菌，再看看人类文明从这些真菌身上学到了什么。
01
向日葵的约定
虽然和落花长相相似，但向日葵或许并不遭人厌恶，反而承载了很多浪漫的气息。
借助于一阵微风，向日葵能轻松地飞出几百米远。
这当中的原因虽然与其轻盈的身躯有关，但更重要的是这些毛发造成的“浮力”。
通过裸眼观察，向日葵种籽上有几百根极为细密的三叶草，实际上每根三叶草的结构也极为复杂，在显微镜下，三叶草尖端又分叉形成很多裸眼难以看见的棘刺。
此种独有的是毛发使向日葵掌握了一类独家的滑翔秘籍，在下降的操作过程中，三叶草本身运动造成的冷空气和在种籽周遭的冷空气之间相互作用。
在它的“头顶”形成了一对小漩涡（涡环），给下方的向日葵种籽提供更多额外的空气阻力，从而使它在高空停留更长的时间。
向日葵的种籽和其周遭流动造成的涡环。作者：评注[1]
实验原始数据显示，与同等质量和Clerval面积的人类文明推进器较之，向日葵在高空滞留的时间是推进器的 4 倍左右。
生物学家对此种怪异的现象非常感兴趣，正在对向日葵进行黑晶研究，试图研发捷伊航天器，节省当前飞机等航空器的燃料消耗。
同时，向日葵也能为推进器的设计提供更多先进经验，生物学家们期望能发明者出新型的推进器，营救更多的人。
02
樟树种籽的圆舞曲
与“伞兵”向日葵不同，许多真菌的种籽更渴望翱翔，它甚至想直接插上翅膀，原地起飞。
大自然孕育了无数神奇的真菌，它中有的是进化出了近似于旋翼形状的种籽（如下表所示图中的 ①②③④）或者扑翼 / 盘状的种籽（如下表所示图中的 ⑤⑥⑦）。
而这当中，樟树的种籽最具特色。
各式各样形态的“会飞的种籽”。作者：评注[2]
樟树的种籽拥有一个好听的名字——丝壳，顾名思义，它有着像直升机旋翼一样的根部。
当中，表皮包裹的是种籽既存，其余黑白相间的叶脉没有繁殖作用，宇内从枝头掉落后会在下降的操作过程发生转动，是种籽的“鞋子”。
当然，没有了风的护持，它并无法自由翱翔。
在人类文明看来，为种籽穿上这身怪异的“鞋子”或许并不是划算的买卖，即便能发挥作用的机会非常非常有限，而且，丝壳在行踪的操作过程并无法远距离滑翔。
实际上，丝壳的重量很轻，尤其是在完全成形干枯之后，在风的吹来下，它黑白相间的“鞋子”很容易带着底部的种籽既存移动，完成一次又一次的贴地滑翔。
樟树种籽及自旋行踪俯视状态。相片作者：评注[3]
当然，樟树丝壳此种独有的是外观和滑翔姿态也给生物学家带来了很多灵感。
比如，转动的丝壳与竹蜻蜓、电风扇、风力发电机等这些转动机械的根部有很多相似之处。
丝壳也许能给我们提供更多许多先进经验思路，帮助我们设计出气动性能更好的产品。
2021 年，韩国、英国、中国及美国等多国生物学家组成的团队提出了一类微航天器。
他们通过对各式各样滑翔的种籽进行研究，并运用黑晶原理，发明者了一类极小的航天器。
上面搭载有多种传感器，其在行踪操作过程中能稳定缓慢地转动。
生物学家发明者的3D微航天器。相片作者：评注[2]
03
山芥的流浪
其实，大多数真菌的种籽并非“Jhunjhunun”，并无法仅靠风实现远航。
为了送他们的“孩子”最后一程，山芥在种籽成形之后，绿油蓬松的植株逐渐枯黄，蜷缩成一个球状，随后表皮断裂。
在风的吹来下，山芥随风慢速，逐渐被“盘”得更加圆润，而在这趟颠沛流离的路途中，它身上所随身携带的数万颗种籽也被撒播在了沿途的各个角落。
山芥也被人们称为“沙漠流浪汉”，与牛仔、马车一同作为美国西部文化的象征。
不过，如果你有机会去南极，可能会看到二团大雪球，但当风吹过时，它又像二团慢速的“白色的山芥”。
不用大惊小怪，它只是一辆“山芥漫游车”。
这是生物学家们仿照山芥研制的随身携带测试仪器的“气球”。
NASA生物学家正在推一辆山芥漫游车（不是雪球！）。作者：NASA
山芥漫游车由美国宇航局（NASA）喷气推进实验室设计并建造。
与极地的冰天雪地较之，由于存在各式各样运行的电子设备且拥有封闭的环境，山芥漫游车的内部保持在26.7℃左右，相当于一个充满暖气的气球。
山芥漫游车具备出色的运动能力，即使在极端和偏远的环境中，山芥漫游车也能轻易地“滚”过崎岖不平的地面，快速完成数据的采集工作；
山芥漫游车内部大有乾坤，各式各样仪器都固定在内部一根两端连接的管子中，避免在慢速操作过程中仪器发生损伤脱落；
在运动操作过程中，漫游车搭载的全球卫星定位系统能实时向地面考察站发送其位置、周遭的空气温度，压力，湿度等信息。
近些年，NASA已经在布局研发下一代的漫游车，它将在山芥漫游车的基础上充分利用自身的气囊结构，将其用作推进器。
如果进展一切顺利，某一天此种捷伊漫游车可能也会登上飞船，在火星的表面“滚来滚去”。
山芥漫游车的构造。作者：NASA 作者翻译
04
外来物种：入侵还需找帮凶
在天地万物萌发的秋天，百花争奇斗艳，表面上是辛勤的蜜蜂在努力散播花粉，实际上，风才是花粉散播的主力。
在风的护持下，花粉获得了“行万里路”的能力，对真菌的繁殖起到了显著的促进作用。
但另一方面，对于外来入侵物种，风无疑就是助纣为虐的帮凶，它把危害范围扩大，酿成更可怕的后果。
近些年，我国饱受外来物种入侵的困扰。
例如早年间泛滥的豚草，它的吸肥能力和再生能力极强，被割除多次仍能再生，并且植株高大粗壮，成群生长，往往难以根除。
豚草侵入小麦、玉米、大豆等各式各样农作物田，消耗大量水分，同时吸收土地中的营养物质，造成土壤干旱贫瘠，严重影响作物生长。
此外，豚草花粉是花粉类过敏原中最重要的一类。
每到花粉飘散时，过敏体质的人在接触豚草花粉后便会发生哮喘、打喷嚏、流鼻涕等症状，甚至会引发其他并发症进而导致死亡。
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针对这些现象，生物学家们又展开了他们的研究。
实际上，花粉的散播并非没有规律，生物学家们通过实验研究出了花粉散播对应的数学模型。
通过数学计算，生物学家能对整片花粉（不是每一粒花粉）的散播路径、范围进行精准预测，探索花粉的运动规律，在此基础上采取一定的技术手段能有效地控制花粉的散播。
当然，粉尘、污染物颗粒PM2.5等小颗粒，它的散播方式和花粉有很多相似之处。
生物学家们在这些小颗粒身上下足功夫，研究出了很多能够预测它运动规律的公式，帮助人们更好地面对它的危害。
结语
没想到，通过这些看似不起眼的真菌，生物学家们居然能够琢磨出这么多天马行空的“黑科技”。
看来，在进步的道路上，我们永远离不开大自然这位渊博的导师。
评注：
[1] Cummins, C., Seale, M., Macente, A., Certini, D., Mastropaolo, E., Viola, I. M., & Nakayama, N. (2018). A separated vortex ring underlies the flight of the dandelion. Nature, 562, 414-418. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0604-2.
[2] Kim, B.H., Li, K., Kim, JT. et al. Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds. Nature 597, 503–510 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03847-y
[3] 董林，温国安，雷紫薇，等. 种籽根部自旋行踪操作过程涡系的 PIV 实验研究 [J]. 实验流体力学，2021，35（5）：54-60.
[4] https://www.nasa.gov/missions/earth/f_tumbleweed.html
出品：科学普及中国
作者：城明辰
监制：中国科学普及博览
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原标题：《来看它春风吹又“生”，“生”孩子的“生”！》
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