[科普中国]-植物种子可以飞多远？

种子是穿梭于时间和空间的生命信息存储器，……对大多数植物而言，种子是其一生中唯一能够移动的阶段。 ——沃尔夫冈·斯塔佩（Wolfgang Stuppy）

“满地榆钱逐晓风”，“癫狂柳絮随风舞”，种子借风力传播是自然界常见现象。从启发人们设计出滑翔机的翅葫芦种子[1]，到隐形轰炸机的灵感来源——爪哇黄瓜种子[2]，从小时玩的蒲公英，到现在玩的“蚂蚁森林”中的梭梭树的种子，靠风传播的种子无处不在。看着种子优雅地划过长空，你会不会好奇，种子借助风力究竟可以飞多远呢？

种子在特定时间随风散播、降落会形成壮阔景观——种子雨（seed rain），浪漫不输流星雨。为研究种子雨，人们发明了一种名字时尚的工具——种子陷（seed trap，又叫种子雨收集器），多使用纱布做成网兜状——像一张情网，莽撞的种子陷落后便再难脱身（图2）。

借助种子陷，Nathan教授等[3]建立了种子扩散的精确模型。他们在美国东部阔叶林（林木最高处约33米）中一座45米高的塔上放置12层种子陷，收集了近5000枚种子，统计发现大部分种子落在原地，一部分“飞”到了数百米之外，少部分能“飞”出千米之外，种子的实际散布与模型预测完全一致。

事实上，由于重力束缚，自然界多数种子会落在母株附近，即近距离传播，少数“心怀梦想”的种子才会到达远方（长距离传播）。例如，作为典型的风传植物，蒲公英种子通常散落在离母株不足1米的范围内[4]。但是，在天气晴朗的二级和风里，少量蒲公英种子却可以飞行1公里左右[5]，这种远行得益于种子上附着的毛茸茸的冠毛，飞行时其周围会形成特殊空气涡流，这些冠毛可以精确调整，以稳定涡流，延缓下降，保持飞行高度[6]。

如果种子传播较远，应该怎么研究呢？2013年，中科院沈阳应用生态研究所与中国林科院合作，搭建了一座21米长的“野外环境风洞”（图4），将研究飞机的严谨精神应用到种子上，发现在风洞内相同高度释放种子，形态越接近球形的种子，其传播距离越小[7]。

如果传播距离更远，连“风洞”都鞭长莫及，又该怎么办呢？别急，我们还有“塔式采样器”和“无人机”。塔式采样器形似人字梯，上面安装涂有粘液的屏布，可以粘住经过的种子（图５）。Dauer等[8]曾利用塔式采样器对距地面2–6米高度的加拿大蓬（一种蔓延极快的杂草）种子进行收集，同时，利用一架装有黏性种子捕捉板的无人机，对距地面60和120米高的种子密度进行定量分析，发现种子扩散密度随高度上升而快速降低，加拿大蓬种子可以随气流升高到至少120米高空。

种子陷、激光器、风洞、无人机……，工具的发明和应用，将人类的双手延长，但总有工具不能企及的地方。幸好，我们还有艺术，供人类汲取营养。

2005年，艺术家Christo和Claude在纽约中央公园展览“装置艺术”（一种“场地+材料+情感”的综合艺术，图6）：在一条人行道，每隔四米竖起一座五米高的栅门，共立7500座之多；门上一律垂挂橘黄色布帘，随风恣意起舞……受此启发，普林斯顿大学的生态学教授Horn就地取材，将艺术现场当作田野一线。他拍摄大量照片，借布帘随风摆动的幅度研究风涡流的传播规律，估计风涡流如果携带种子，可以将种子传播多远距离。通过建立模型，他推断观测到的涡流可将种子传播到500米之远。该研究发表于顶尖学术期刊《自然》[9]，这当然得益于艺术启发。行人匆匆，只看到“幡动”；教授徐徐，见到了“风动”。

种子的飞行极限是多远？研究进入到深水区，如生命科学深入到微观领域，又如物理学上升到高维空间，工具和艺术大都无能为力。万幸，我们还有想象。

1992年，Swan等人[10]在喜马拉雅山上约6700米高的岩石缝里，发现了身份不明的种子，这个高度远远高于植物可以生长的范围，可以说是生命的禁区，作者推断种子应该是被风吹到了这里。为了“飞天梦”，没有人知道这些种子翻越了多少山峰。

另一个故事是，随贝格尔号航行时，达尔文发现生长在偏远孤岛的生物，比如，加拉帕戈斯群岛的植物，不可能通过其他方式到达如此偏远的地方。回英国后，达尔文埋头研究采集到的芹菜和芦笋种子，并且计算出，这些种子跨越大西洋洋流至少传播了300英里（约483公里）[2]。由于很难长久漂浮在海水中并保持生命力，可以推测种子是随风飘到这些孤岛。

现实中，Swan和达尔文观察到的现象很难重复。但基于事实和分析，可以想象出种子飞行的一种极限：水平横跨大洋，垂直登上喜马拉雅。种子是听了多少遍“诗和远方”，才会下如此大的决心远行，谚语讲“只有天空才是极限”，对于种子来说是再恰当不过了。

通过以上梳理，不难看出：在探索的路上，种子走得很远，靠翅膀，靠清风，靠一份对远方的向往；探索的路上，人类走得更远，靠工具，靠艺术，靠给思维插上想象的翅膀。

参考文献：

[1] 乔纳森·西尔弗顿（著），徐嘉妍（译）．种子的故事[M]．商务印书馆，2014．

[2] 索尔·汉森（著），杨婷婷（译）．种子的胜利[M]．中信出版集团出版，2017．

[3] Nathan R., Katul G.G., Horn H.S. et. al. Mechanisms of long-distance dispersal of seeds by wind [J]. Nature, 2002, 418(6896): 409-413.

[4] 吴建国，徐天莹．模拟未来气候变化对东北6种蒲公英种子风传播距离的影响[J]．生态学杂志，2018，37（3）：914-928．

[5] 祁云枝．植物让人如此动情——枝言草语[M]．西安电子科技大学出版社出版，2014．

[6] Cummins C., Seale M., Macente A. et. al. A separated vortex ring underlies the flight of the dandelion [J].Nature, 2018, 562: 414-417.

[7] 刘明虎，朱金雷，辛智鸣，等．用于研究种子风力传播的野外环境风洞[J]．生态学杂志，2015，34（6）：1770-1778．

[8] Dauer J.T., Mortensen D.A., Luschei E.C. et. al. Conyza canadensis seed ascent in the lower atmosphere [J]. Agricultural and forest meteorology, 2009, 149: 526-534.

[9] Horn, H.S. Eddies at the gates [J]. Nature, 2005, 436(7048): 179.

[10] Swan L.W. The Aeolian Biome [J]. BioScience, 1992, 42(4): 262-270.