Математики раскрыли тайну оптимального распределения семян бешеного огурца.

Ученые из Оксфордского и Манчестерского университетов (Великобритания) решили изучить детали процесса распространения семян бешеного огурца. Они считают, что эти знания могут быть полезны в области биоинженерии и металловедения. В состав группы вошли эксперты в математике, ботанике, физике и других научных дисциплинах.

Статья о новой научной работе вышла в журнале The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Исследования проводились в ботаническом саду Оксфордского университета, где можно встретить экземпляры Ecballium elaterium. В природе это растение семейства тыквенных распространено в Средиземноморье, Малой Азии, на юге европейской части России, в Крыму, на Кавказе и в Средней Азии.

Записав «извержение» зрелого бешеного огурца с помощью высокоскоростной камеры, способной делать до 8600 кадров в секунду, исследователи выяснили, что процесс длится около 30 миллисекунд. Семена при этом разлетаются со скоростью примерно 20 метров в секунду на расстояние от двух до почти 10 метров, что в 250 раз превышает длину самого плода.

Во время наблюдений ученые также измеряли объем плодов и стеблей до и после разброса семян, проводили КТ-снимки и осуществляли съемку в близком к покадровому режиме с длительными паузами. Полученные данные затем использовались для разработки математических моделей, описывающих этапы сложного механизма рассевания семян, включая траектории их разлета.

Выяснилось, что за несколько дней до выброса семян жидкость, накопившаяся в плоде, частично перераспределяется обратно в плодоножку, что приводит к удлинению, утолщению и увеличению жесткости стебля у основания.

Таким образом, почти вертикально расположенный плод поднимается и наклоняется под углом около 45 градусов. Это создает вращательное движение в момент отрыва зрелого бешеного огурца от стебля. Плод отлетает, равномерно разбрасывая семена вокруг. Эти аспекты способствуют репродуктивному успеху растения.

Исследователи считают, что сделанные открытия могут стать основой для новых изобретений. Возможно, их применят для разработки систем точечной доставки лекарств в виде микрокапсул, выбрасывающих наночастицы активного вещества в нужных местах.