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生物学家使用3D打印假花研究植物演化


time:2019/4/13 hits:21

  生态学*们早就明白花的形状的重要性,以及动物授粉行为如何影响花型性状的进化,但更加深入地了解花的形状对于传粉者行为的影响仍然是一个艰难的命题。在过去,为了研究,生态学*不得不亲手栽种培育出具备所需要性状的花,或者使用纸张制造出他们所需要的花形。


  Eric Octavio Campos是华盛顿大学生物学系Daniel实验室的一名研究生,他在加州大学伯克利分校获得的生物学学士学位。在加州的时候他曾经与Roy Caldwell一起研究口足类动物的行为。而如今,他研究焦点集中在花的形状与烟草天蛾行为选择之间的相互作用。值得一提的是,他使用3D打印的假花来量化他的发现。

 

  这些3D打印的花朵,有的外形富于曲线看上去像一个小号,而有的看上去像一个中间有孔的扁平圆盘,研究人员在这些“花朵”上倒满了糖水以代替花蜜。这些3D打印假花会安放在一个方格上,在天蛾绕着这个方格飞舞的五分钟里,研究团队可以判断哪些花的形状对于天蛾更具吸引力。

 

  Campos说,研究小组发现,飞蛾更多地成功从具有曲线外形的3D打印花朵中采蜜,而不是扁平的。结果表明,夜间天蛾可以使用触摸而不是视觉来寻找花蜜的来源。

 

  “由于它们的长喙和夜间的习惯,对于我们在研究中使用的拳头大小的天蛾来说,发现花的蜜源是很不容易的。想象一下,如果你拿着一根是自己身高两倍长的软管子,还要将管子的另一端插到比管子粗不了多少的一个洞里——在幽暗的黄昏或满月的夜里。”Campos说,“这似乎是一个愚蠢的比喻,但它与天蛾在夜间飞行觅食的实际情况相差不是太远。”

 

  他补充说,3D打印是研究工作的关键。Campos说,这项技术可以让他的团队通过探索花的形态和授粉行为之间的相互作用来研究动物授粉行为和它们在植物进化中的作用。

 

  “麻烦的是,作为一个科学*,我希望能够有一个量化的方式来研究花的形状和它对于传粉者觅食能力施加的影响。”Campos说。“我和研究伙伴特别后的解决方案是,尽量降低花的三维形状的复杂性,使其能够被分解为一些关键的“特质”,然后使用数学公式描述这些特质。如果你能做到这一点,那么你基本上可以通过是有一个数字公式来指定任何可以想象得到的花朵造型。而这样的一个公式的妙处在于,3D打印机可以根据它打印出具有特定“特质”的花朵的3D造型。”

 

  Campos说3D打印让团队可以对花朵的各个方面进行定量,比如花朵的长/宽、花瓣的外边缘、中央花蜜孔的宽度、花瓣的曲率程度等。然后,他们使用这些数据来3D打印出这种“被设定”的本文花的塑料原型。

 

  “通过仔细记录这些花被访问的顺序,以及持续时间,我可以洞察花的形状是如何影响授粉者觅食能力的!”Campos说。“特别终,我希望我的数据可以用来接着向下研究(如果有的话)亿万年来,动物的探访行为如何影响了整个开花植物花朵造型的多样性演变......”

 

  这篇论文《形状因素:花冠曲率提高烟草天蛾发现花蜜的成功率(Shape matters: corolla curvature improves nectar discovery in the hawkmoth Manduca sexta)》被发表在《Functional Ecology》杂志上。本文作者为:Campos, Harvey Bradshaw和Daniel Thomas。(本文来源:天工社)

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