像憤怒鳥一樣彈射的種子:豆科種子可以「炸」多遠呢?

作者:何郁庭│國立中興大學森林系碩士畢業,現職計畫專任助理。

一個尋常午後,窗台邊突然傳來巨響。

原先以為是鳥撞上玻璃,走近一看,才發現是前幾天隨手採下木豆 (Cajanus cajan) 的莢果,因乾燥後開裂,發出巨大的爆裂聲。兩片木質果皮分別捲曲成螺旋狀,數顆木豆種子則彈射到各處,窗台前一片狼藉。

木豆 (Cajanus cajan)。成熟開裂的莢果,圖為當事莢果。圖/作者

開裂的兩片果皮很堅韌,怎樣也沒辦法回復成打開前的樣子,這引起了我的好奇。我猜想,部分的豆科植物是不是利用莢果開裂,使種子「彈射」到更遠的地方,以利於種子在更遠的地方發芽呢?

為此,我開始搜尋一些跟「豆科」以及「種子傳播」有關的報告,發現一篇來自雨林生態期刊 (Journal of Tropical Ecology)的文獻,這個研究位於西非的加彭 (Gabon),講述 Tetraberlinia moreliana 這種雨林中的喬木,如何讓光滑扁平的種子,從樹冠「彈射」到 50 公尺以外的沙地上。

T. moreliana 是豆科下甘豆亞科的大喬木,根據描述,樹高可以生長至 51 公尺,同時,它也是加彭地區雨林的「突出樹」,比週遭大多樹木來得更高,半圓形的樹冠遮住了週圍其他樹的樹冠。T. moreliana 的木質莢果生長於樹冠層並突出於樹冠,像一枝枝三角旗豎立。每個莢果內含 0-4 顆扁平盤狀的種子,而平均是 2 顆。

Tetraberlinia moreliana 莢果圖。A. 在樹上未開裂的莢果,長軸水平於地面,宛如一枝旗子豎在樹冠外層。B. 扁平盤狀的種子。C. 開裂的莢果。D. 完全乾燥後的莢果果皮。圖/Explosive seed dispersal of the rainforest tree Tetraberlinia moreliana (Leguminosae —
Caesalpinioideae) in Gabon.

種子可以彈射多遠呢?

研究人員嘗試觀測 T. moreliana 的種子究竟能彈射多遠,因此設計了試驗:

首先,他們定義了「水平傳播距離」,也就是彈射落底的種子,到樹冠邊緣的最近水平距離。

然後,在莢果成熟的 12月至 2月期間,每日計算有多少種子彈射到預設的區域,以 50 公尺為界,由於密集的植被和起伏的地形,水平距離小於 50公尺的區域並沒有計算種子落下的數量。又因為觀測的地點是沙地地形,所以也毋須擔心種子落地後滾去很遠的地方。實驗之所以不計算所有彈射的種子,而僅僅計算 50 公尺之外的種子,其實是因為觀測地點的限制,使得研究人員無法計算所有的彈射種子數量。T. moreliana 是雨林中特別高聳的獨立樹,距離林緣 50 公尺,除了落在雨林外沙地的種子,剩下的皆會落進雨林中,而雨林有複雜的垂直結構,包含樹冠層、第二樹冠層、灌叢、地被、腐植質…等,除此之外,還有各種附生植物及藤蔓,要從雨林中找到觀測樹所有的種子,是非常困難的!

這個觀察共調查了 4 棵樹,經過 3個月的計算,研究人員記錄到最遠的彈射距離可達 61 公尺,而彈射距離取決於樹的高度。他們對其中一棵樹進行較詳細的觀察,根據莢果估算了總種子數,大約有 15,000- 20,000 顆種子,其中 1.5- 2% 的種子彈射距離超過 50 公尺。

此外,研究中也爬上樹將莢果採下,將果序插在沙地上,觀察開裂時種子彈射的角度和距離。18 顆種子中,距離最遠的可達 23.2 公尺,仰角則平均 17.3°。

Tetraberlinia moreliana彈道假設剖面圖。實線為最佳路線。圖/Explosive seed dispersal of the rainforest tree Tetraberlinia moreliana (Leguminosae —Caesalpinioideae) in Gabon

研究人員試圖重建種子彈射的彈道,並繪製剖面圖。而這個預測的彈道有一些前提:

1. 起始點為樹冠外層
2. 沒有受到風及其他外力作用
3. 受到的空氣阻力與速度平方成正比
4. 接觸地面後便不再移動

依照以上前提而重建的軌跡,其起始點仰角為 21.2°,初始速度為 37.1公尺/秒,比前人研究沙盒樹 ( Hura crepitans) 彈射的起始速度 70 公尺/秒還要低得多。沙盒樹是大戟科的植物,彈射距離最遠紀錄是 41 公尺。

 

與沙盒樹同屬 Hura polyandra 果實爆開的畫面。(這邊是用暴力砸開)

生活中其他靠彈力傳播的種子與問題發想

毛毛蟲以會即將爆開的果實為食,會發生什麼事呢?

回想我們生活中常見的彈力傳播種子,不外乎兒時共同回憶的非洲鳳仙花、紫花酢漿草,除此之外,還有蕨類的孢子囊,彈射距離不外乎數十公分,然而 T. moreliana 卻能將種子傳遞到數十公尺之外,飛越其他樹木直至雨林的邊緣。

不過,有趣的是,若這是一個有效的傳播方式,又為什麼彈射距離超過 50 公尺的比例僅僅 2%呢?這個問題,並沒有在報告中得到明確解答。

再看看木豆,儘管原先的疑惑得到解答,卻隨之而來出現更多問題。木豆並非雨林中的突出樹,而是高 1- 2公尺的灌木,彈射的種子傳播策略,在原生育地有怎樣的優勢?此外,木豆的種子又能彈射多遠、速度多快?是否有方向性?這些問題,也許得自己設計實驗才能獲得解答了。

參考資料:


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