生物學(xué)家使用3D打印假花研究植物演化

魔猴君  行業(yè)資訊   3756天前

生態(tài)學(xué)家們?cè)缇兔靼谆ǖ男螤畹闹匾裕约皠?dòng)物授粉行為如何影響花型性狀的進(jìn)化，但更加深入地了解花的形狀對(duì)于傳粉者行為的影響仍然是一個(gè)艱難的命題。在過(guò)去，為了研究，生態(tài)學(xué)家不得不親手栽種培育出具備所需要性狀的花，或者使用紙張制造出他們所需要的花形。

Eric Octavio Campos是華盛頓大學(xué)生物學(xué)系Daniel實(shí)驗(yàn)室的一名研究生，他在加州大學(xué)伯克利分校獲得的生物學(xué)學(xué)士學(xué)位。在加州的時(shí)候他曾經(jīng)與Roy Caldwell一起研究口足類(lèi)動(dòng)物的行為。而如今，他研究焦點(diǎn)集中在花的形狀與煙草天蛾行為選擇之間的相互作用。值得一提的是，他使用3D打印的假花來(lái)量化他的發(fā)現(xiàn)。

這些3D打印的花朵，有的外形富于曲線看上去像一個(gè)小號(hào)，而有的看上去像一個(gè)中間有孔的扁平圓盤(pán)，研究人員在這些“花朵”上倒?jié)M了糖水以代替花蜜。這些3D打印假花會(huì)安放在一個(gè)方格上，在天蛾繞著這個(gè)方格飛舞的五分鐘里，研究團(tuán)隊(duì)可以判斷哪些花的形狀對(duì)于天蛾更具吸引力。

Campos說(shuō)，研究小組發(fā)現(xiàn)，飛蛾更多地成功從具有曲線外形的3D打印花朵中采蜜，而不是扁平的。結(jié)果表明，夜間天蛾可以使用觸摸而不是視覺(jué)來(lái)尋找花蜜的來(lái)源。

“由于它們的長(zhǎng)喙和夜間的習(xí)慣，對(duì)于我們?cè)谘芯恐惺褂玫娜^大小的天蛾來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)花的蜜源是很不容易的。想象一下，如果你拿著一根是自己身高兩倍長(zhǎng)的軟管子，還要將管子的另一端插到比管子粗不了多少的一個(gè)洞里——在幽暗的黃昏或滿(mǎn)月的夜里。”Campos說(shuō)，“這似乎是一個(gè)愚蠢的比喻，但它與天蛾在夜間飛行覓食的實(shí)際情況相差不是太遠(yuǎn)。”

他補(bǔ)充說(shuō)，3D打印是研究工作的關(guān)鍵。Campos說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)可以讓他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)探索花的形態(tài)和授粉行為之間的相互作用來(lái)研究動(dòng)物授粉行為和它們?cè)谥参镞M(jìn)化中的作用。

“麻煩的是，作為一個(gè)科學(xué)家，我希望能夠有一個(gè)量化的方式來(lái)研究花的形狀和它對(duì)于傳粉者覓食能力施加的影響。”Campos說(shuō)。“我和研究伙伴最后的解決方案是，盡量降低花的三維形狀的復(fù)雜性，使其能夠被分解為一些關(guān)鍵的“特質(zhì)”，然后使用數(shù)學(xué)公式描述這些特質(zhì)。如果你能做到這一點(diǎn)，那么你基本上可以通過(guò)是有一個(gè)數(shù)字公式來(lái)指定任何可以想象得到的花朵造型。而這樣的一個(gè)公式的妙處在于，3D打印機(jī)可以根據(jù)它打印出具有特定“特質(zhì)”的花朵的3D造型。”

Campos說(shuō)3D打印讓團(tuán)隊(duì)可以對(duì)花朵的各個(gè)方面進(jìn)行定量，比如花朵的長(zhǎng)/寬、花瓣的外邊緣、中央花蜜孔的寬度、花瓣的曲率程度等。然后，他們使用這些數(shù)據(jù)來(lái)3D打印出這種“被設(shè)定”的本文花的塑料原型。

“通過(guò)仔細(xì)記錄這些花被訪問(wèn)的順序，以及持續(xù)時(shí)間，我可以洞察花的形狀是如何影響授粉者覓食能力的！”Campos說(shuō)。“最終，我希望我的數(shù)據(jù)可以用來(lái)接著向下研究（如果有的話(huà)）億萬(wàn)年來(lái)，動(dòng)物的探訪行為如何影響了整個(gè)開(kāi)花植物花朵造型的多樣性演變......”

這篇論文《形狀因素：花冠曲率提高煙草天蛾發(fā)現(xiàn)花蜜的成功率（Shape matters: corolla curvature improves nectar discovery in the hawkmoth Manduca sexta）》被發(fā)表在《Functional Ecology》雜志上。本文作者為：Campos, Harvey Bradshaw和Daniel Thomas。（本文來(lái)源：天工社）