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摘要:植物的果实也如同地球上的生物一样,历经了亿万年的演变和进化,优胜劣汰,适者生存。现代植物果实的形状绝大多数呈现出近似球体,这是不是一种偶然现象呢?本文通过模拟实验,分析观察到的现象和收集的实验数据,结合查找的相关资料,发现果实之所以呈现出近似球体,是果实在防止外来生物侵袭,抵御地球自然因素伤害,提高植物物种繁衍能力等方面适应的必然结果。

 

关键词:植物果实;进化;繁衍;近似球体;水分保持;流线型;抗冲击力   

 

 

植物的出现,是地球生物进化的一大里程碑。植物的开花结果,也是它们生命延续的一种方式。这种自然的本能经历了443亿年的演变和不断进化,才有了地球植物现在的繁荣。而果实作为植物繁衍过程中必不可少的关键部分,为了让植物能延续下去,也经历了亿万年的演化过程。最后,大多数植物把果实的形状都进化为了近似球体。这是为什么呢?近似球体对于果实来说真的很重要吗?

 

为了弄清楚这个问题,我买来同一种萝卜,做成重力相同(均为05N)、形状不同的几个模型(近似球体、长方体、三棱锥和圆柱体),以备我进行实验探究。 

 

 

 

 

联想到果实在生长过程中会遭受风吹雨打、阳光照射、以及成熟后要完成对种子的传播。我通过控制变量的方法设计了以下几个实验进行探究。

 

一、“风吹”

 

 我将四种不同形状,重力相等,材料相同的模型悬挂在同一高度上,电风扇距离模型25cm,正对着吹风,模拟自然界中风""果实的情景(如下图)。观察不同形状果实在相同风力作用相同时间后会有什么现象发生。

 

  

   三棱锥             长方体                圆柱            近似球体

 

“风吹”实验情况如下:

 

三棱锥:

 

 

 

长方体:

 

 

 

圆柱:

 

 

 

近似球体:

 

 

 

具体情况见下表:

 

 

初始状态

风力大小

吹风时间

果实摆动情况

三棱锥

静止

功率50w电风扇3

1min

无固定方向的大幅度晃动,颤动的频率和幅度都较大

长方体

静止

功率50w电风扇3

1min

有较大幅度的晃动,同时以较快速度无固定方向的旋转

圆柱

静止

功率50w电风扇3

1min

有轻微的左右晃动,伴随着上下颤动,同时以较慢的速度无固定方向旋转

近似球体

静止

功率50w电风扇3

1min

有轻微的左右晃动

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

通过实验我发现有棱角、侧面积大的果实在成长过程中处于十分不利的地位,还没有发育成熟的果实很容易被强大的气流给刮落,造成种子死亡的现象。而近似球体的果实,因为其外表呈流线形,空气流过时阻力最小,能承受较强的“风吹”,所以更能有效防止果实在成熟之前被吹落。

 

二、“雨打”

 

我把几种不同形状的模型“吊”在弹簧秤下面,用淋浴喷头对着模型喷水,模拟自然界中雨“打”果实的情景(如图),观察不同形状果实在相同雨水作用相同时间后又会有什么现象发生。 

 

 

 

 

 

雨的大小

下落高度

雨打的时间

果实受力情况

三棱锥

0078L/S

1m

1min

058N

长方体

0078L/S

1m

1min

065N

圆柱

0078L/S

1m

1min

062N

近似球体

0078L/S

1m

1min

06N

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

通过实验我发现:下雨时,三棱锥和近似球体形状的果实受到雨打的力量比较小,淋上去的雨水也会很快滚落下来。因此,这两种形状的果实不容易被雨水打落,更经得起雨打的洗礼。

 

三、“光照”

 

植物为了使果实发育得更好,需要充足的阳光。那么,什么形状的果实更能接受充足的阳光呢?我做了这样一个实验,把这几个不同形状的果实模型挂在杆上,在黑暗的屋子里,多角度的以电筒照射在模拟的果实上,记录阳光照射情况。

 

 

 

 

 

受到阳光照射的面积占总面积的百分比

受到阳光照射的时间

4小时

6小时

8小时

三棱锥

625%

35%

23%

45%

长方体

808%

40%

30%

108%

圆柱

96%

40%

36%

20%

近似球体

100%

20%

50%

30%

   

 

 

 

 

 

通过比较,我发现果实呈近似球体时接受阳光照射的面积最大,且大部分都能接受到6小时以上的阳光照射,这样就十分有利于果实的生长发育。

 

四、“种子传播”

 

 我把不同形状的几个果实模型,将它们从不同的高度落下,记录其损坏情况和地面滚动距离如下:

 

    高度

 

形状

     1m

15m

    2m

 

损坏

 

情况

滚动

 

距离

损坏

 

情况

滚动

 

距离

损坏

 

情况

滚动

 

距离

三棱锥

棱角处有小块破损

12cm

棱角处有大块破损

15cm

棱角处严重破损

17cm

长方体

无破损

10cm

棱角处有小块破损

12cm

棱角处有大块破损

15cm

圆柱

无破损

13cm

无破损

15cm

底面边沿有破损

18cm

近似球体

无破损

15cm

无破损

20cm

无破损

30cm

 

结果说明,当果实为近似球体时,从高处自由下落时损坏最小,所以形状为近似球体的果实抗冲击力最佳,有效保护了种子不被损坏。同时,从滚动的距离来看,近似球体的果实接触平面时,由于可以滚动,增加了行动力,可以离母体更远,使得种子更加便于传播。

 

经过查阅资料我还知道在同等体积的情况下,近似球体形状的果实比起其它形状的果实单位体积容纳量最大,表面积最小,与空气接触面积也小,这样,在获得适宜生长发芽环境之前,养分比较不容易被氧化变质。而且,表面积小使得虫类不易立足,果肉不容易被小型虫类食用,这样种子死亡、坏死的可能性也减少了。另外,近似球体形状的果实由于表面积比较小,蒸发的水分也就少,水分散越失少,越有利于果实的生长发育,从而为种子积累更多的营养。 

 

综上所述,我发现植物果实在经历风吹雨打,接受阳光照射,完成种子传播等过程中,为满足减少水分散失、避免被“吹”、“打”掉,以及为更好保护种子,把种子传播得更远等多方面的需要,经过不断进化最终必然长成近似球体,而其他形状的果实因无法适应自然环境的要求,大多都被淘汰了。

    
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