御風飛行的種子與果實

圖／黃俊霖提供

科博館周邊的隱藏之美：風中植物的種子與果實活動

在臺中的都會區中，隱身諸多以風力傳播的植物，通常我們只會在其開花最炫麗的時候，注意到它們的存在，而忽略其結成果實後，無聲無息地傳播的種子與果實。在科博館及週邊的綠帶，就有大葉桃花心木（Swietenia macropnylla）、大花紫薇（Lagerstroemia speciosa）、光蠟樹（Fraxinus griffithii）、黃鐘花（Tecoma stans）、黃花風鈴木（Handroanthus chrysotrichus）、火焰木（Spathodea campanulata）、印度紫檀（Pterocarpus indicus）、臺灣欒樹（Koelreuteria elegans）、錫葉藤（Tetracera asiatica）、臺灣三角楓（Acer buergerianum var. formosanum）及馬利筋（Asclepias curassavica）。今年暑假我們運用這些種子及果實素材，發展出製作標本盒的活動，延伸自然史博物館蒐藏的概念，同時帶入植物形態與分類，及空氣動力學的知性內涵。

自然的翅膀：風力、水力、動物傳遞的植物種子與果實

藉由風力、水力及動物傳播的方式，將種子與果實傳遞到遠方，攸關植物的拓展及繁衍，也形塑出多彩多姿的種子與果實形態。種子與果實由不同的面向，發展飛行裝備來駕馭風力，包括微小輕薄的蘭花種子、延展薄膜的火焰木種子、翅翼狀的大葉桃花心木的種子、直升機螺旋槳般的錫葉藤果實及頂著羽絨狀柔毛的馬利筋種子……等。

植物的飛行設備有相當多元的發育來源。雖然外觀型式上有諸多的類似，但大葉桃花心木種子的薄翅來自種皮的延伸；而楓樹的翅果，則來自果皮的延伸。飛行能力較差的印度紫檀及光蠟樹，其果實薄片狀的構造來自果皮；臺灣欒樹如氣囊狀的蒴果，成熟時轉變成褐色，並開裂成三瓣片，黑色的種子附在轉褶之處，兩側薄片狀的構造亦為果皮。錫葉藤深紫色的花瓣萎縮後，淺紫色宿存的五片花萼，成為其下方果實的飛行設備。同屬於紫葳科的火焰木、黃花風鈴木及黃鐘花的種子，其種子外圍透明的薄膜，為特化的管胞（tracheid）所組成，管胞及導管（vessel）為植物主要構成木質部的細胞，具有傳導水分及支持的功能，在此類種子中，則特化為平展及強韌的飛行薄膜。馬利筋種子的羽絨狀柔毛，稱為種纓（coma），是由種子基部珠柄細胞發育而來的衍生構造；西洋蒲公英的冠毛（pappus）是特化的花萼，冠毛至果實間的長柄，稱為喙（beak），形成如被吹翻傘面的傘骨的結構。

植物舞動的翅膀：風傳播種子與果實的飛行之謎

這些以風傳播的種子與果實，具有獨特的空氣動力學，重心位置的分布、薄翅的構造及毛的排列都是關鍵因子。直升機般的種子或果實中，單翅的型式需有一端較重的種子或果實，另一端則具有較厚實且堅固的前緣及薄片的翅，整個重心位於兩者之間，在下墜時轉動，同時提供向上的浮力；具有兩個以上的翅的果實，重心位於翅交會中央，翅只需呈現對稱性，即可在下墜時轉動提供浮力。具有延展薄膜的種子，如果其對稱性發展良好，可以直線滑翔，但畢竟不是由機器翻模的產品，在擁擠的果實中發育出來的種子，對稱性並不佳，如隨意取出一些火焰木的種子，不是心型的種子歪了一邊，就是透明薄膜的部分左右大小不對稱，因此種子實際在飛行的過程，多是以螺旋向下的軌跡滑翔。

微觀之美：馬利筋與蒲公英的飛行之謎

在具有毛的種子或果實中，馬利筋種子一端直接具有一叢像羽絨的毛，以增加空氣阻力的方式，對抗重力，減緩種子降落的速度。西洋蒲公英的冠毛相對稀疏，以頂端觀之，每一冠毛是以喙為圓心，向外幅射而出，構成如翻傘面的傘骨。雖然吹飛蒲公英的果實，看著它們飄向遠方，是許多人童年的經驗，但直到 2018 年英國愛丁堡大學為主的研究團隊（Cummins et al. 2018），才以精密的儀器，解析出其獨特的空氣動力學。冠毛圓盤狀的排列，及彼此間形成適當的間隙距離，使由下方來的上升的氣流通過冠毛的間隙後，能在冠毛中央上方的空間形成穩定的渦流，增進向上的拖曳力量。西洋蒲公英的果實，正是自然界生物以最精簡的材料，達到最大的風力承載效益的代表，也為仿生學提供了極佳的範例！