一滴雨水引发的“命案”

作者:廖鑫凤

本文转载自:上海自然博物馆(ID:snhm01)

对于时常经历潮湿雨天的魔都住民来说,下雨已是见怪不怪的事情。但是你思考过一滴雨水有多大的力量吗?

一滴雨水引发的“命案”

图源:pixbay

01
雨滴的力量

在山区,瓢泼而下的大雨有时候会造成山体滑坡,这都是雨水汇聚而造成的结果。

一滴雨水引发的“命案”
图源:腾讯视频
但分割开来,一个雨滴的力量是不容易感受到的。雨滴的重量很小,降落在植物上时,首先会被植物叶片接住,但雨滴不会伤害植物,我们能听到的只是一阵阵类似“雨打芭蕉”的声音。
雨滴的力量会在宽厚叶片上消弭,叶片的轻微弹动会卸掉雨滴的势能,最后,雨滴一般会从叶尖滑落下去。
一滴雨水引发的“命案”
雨滴落在叶上后最终会被滑走
图源:shutterstock
但如果叶片“刚”一点,独自承受住一滴雨水从天而降的力量,把它完满地利用起来,那么这种力量就不止于“穿林打叶”了,甚至可以用来制造一场“命案”。
02
一滴雨水引发的“命案”
这种神奇的事情就发生在东南亚的热带雨林,雨水最为充沛的地区之一。
 
生活在此处的小猪笼草Nepenthes gracilis)利用雨滴落下的力量帮助自己捕虫。
一滴雨水引发的“命案”
图源:wiki
熟悉这个系列的朋友已经知道,猪笼草靠捕虫笼上的吸引昆虫(多数时候是蚂蚁)来取食,它们捕虫笼的笼口一般艳丽且有蜜、还打滑,沿着笼口取食的蚂蚁一不小心就滑下去送命了。
 
一滴雨水引发的“命案”
猪笼草鲜艳的笼口,让蚂蚁从笼口的棱上滑下去
图源:参考文献
但其实,笼盖也是猪笼草捕虫事业的辅助。捕虫笼的盖子不是捕虫器官,它是用来防雨的。毕竟在东南亚雨林内,雨水说来就来,倾盆而下的雨水会将笼内消化昆虫的消化液稀释,雨水灌满笼子的话,猪笼草的笼子将毫无用处,昆虫会随着雨水而爬走。
 
一滴雨水引发的“命案”
猪笼草的笼盖一般完全遮住捕虫笼
图源:Iran Fraser
 
因此,猪笼草笼盖的初始设计就是用来防雨的,笼盖就像一个平平的大棚盖,防雨也防晒,因为阳光也可能会稀释笼内的消化液体。但小猪笼草的笼盖可谓与众不同,它反客为主,变成了猪笼草捕虫生涯的主力武器。
比起它的兄弟们来说,小猪笼草的笼子称得上十分小巧,它的笼口只有小小的一圈,看起来就不具备太大的捕虫与吸引的潜力,它把所有的重点都放在了笼盖这个不被其他猪笼草重视的武器上。
 
一滴雨水引发的“命案”
在小猪笼草笼盖下取食的蚂蚁
图源:参考文献
与分布地相同的其它猪笼草相比,它的笼盖非常小,宽度与长度都只有将近四分之一,重量更是只有其它猪笼草的七分之一。它笼盖的末端也很短,几乎只有一小点与笼身相连,但它的笼盖不平,而是向上翻转着,翘起来。正是这种精巧的设计,使得笼盖在下雨的时候能够取得四两拔千金的效果。
下雨之时,蚂蚁可能正在小猪笼草的笼盖的下面取食,因为笼盖下方有蜜,有时候甚至还可能在笼盖的下方避雨。但谁也不会想到,就是落下来的小小雨滴导致了“命案”的发生。
 
一滴雨水引发的“命案”
小猪笼草轻薄而又稳固的笼盖,向上微微地弯曲着,像待飞的鸟。雨滴击中笼盖顶端时,将是笼盖“起飞”的时刻。一滴雨水落下来时,打击的力量将会引起小猪笼草笼盖的强烈振动,越靠近笼盖顶端的部位振动得越厉害。
一滴雨水引发的“命案”
小猪笼草笼盖的震动
图源:参考文献
 
研究人员利用测振仪测得,在30毫秒内,小猪笼草的盖子顶端能达到的最快的一次振动频率,瞬间的运动速度能达到两米每秒。
 
一滴雨水引发的“命案”
利用测振仪测得笼盖在瞬时的震动速度与频率
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对于在顶端的蚂蚁来说,这简直是飞来横祸。几乎是一瞬间,蚂蚁被这种上下的振动所振飞,直直地掉入小猪笼草的笼子里。这种振动的力量甚至能把体型大得多的蝇类也振下来。
 
一滴雨水引发的“命案”
蝇类振飞
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当然,笼盖底下的微观设计也出了一把力。在小猪笼草小小的笼盖底下未震动时,蚂蚁尚且可以抓住它的笼盖来取食蜜,一旦笼盖发力,笼盖底下无数光滑的纳米级蜡质会发挥作用,让蚂蚁在受到扰动的瞬间无法抓住、吸附在蜡质上面。于是,等待蚂蚁的,只有落进消化液中了。
 
一滴雨水引发的“命案”
小猪笼草笼盖下方微小的蜡质晶体
图源:参考文献
 
当然,慢慢地(一秒内,也不是很慢),小猪笼草的笼子振幅会越来越小,最后又重新趋于静止,一切又处于蓄势待发的状态,等待下一次蚂蚁来临,等待下一次雨水的敲击。
03
小猪笼草类似乐器?
 
浪漫地想,小猪笼草的笼盖在那几秒内的振动可能会发出类似于琴弦的声音。如果加上一点想象力的话,它很有可能像演奏了一首乐曲,颇有些“羽扇纶巾,谈笑间樯橹灰飞烟灭”的气质。
一滴雨水引发的“命案”
图源:zhuanlan.zhihu.com
实际上,这种提前蓄力等待敲击来震动的机制确实很像弦乐器的演奏原理。只不过,在大自然界,在猪笼草身上,敲击的是降落的雨,比起我们,雨确实是自然界恒久得多的演奏者,它几乎是永不停歇地在雨林中奏响乐章。
 
一滴雨水引发的“命案”
 
当然,猪笼草利用雨滴的力量也不是前无古人。虽然雨滴落下时,直径只有几毫米,速度因空气阻力的作用,落下时的速度最终稳定下来也只有约7m/s,但对于自然界来说,它确实是一种亘古以来的力量,不少生物都会利用雨滴的力量来帮助自己完成孢子的散布,或者利用雨滴来溅射出自己的种子。
 
一滴雨水引发的“命案”
利用雨滴的力量来发射种子的植物
图源:参考文献
 
对于小猪笼草来说,出奇不意地利用雨滴迅速完成自己的“猎杀”任务,可能是雨滴在自然界最巧妙的用途了。这种用途也只有猪笼草“想”得到了,毕竟自然界演化出了这么多种猪笼草,它们带给我们的,绝对不止几种简单的捕猎方式而已。

参考文献:

1. Bauer, Ulrike, et al. “Mechanism for rapid passive-dynamic prey capture in a pitcher plant.” Proceedings of the National Academy of Sciences 112.43 (2015): 13384-13389.

2. Amador, Guillermo J., et al. “Splash-cup plants accelerate raindrops to disperse seeds.” Journal of the Royal Society Interface 10.79 (2013): 20120880.

3. Bauer, Ulrike, et al. “With a flick of the lid: a novel trapping mechanism in Nepenthes gracilis pitcher plants.” PloS one 7.6 (2012): e38951.

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