Es kann für eine Pflanze viel Mühe erfordern, einen Partner anzuziehen und einen Samen zu züchten. Nach all dem wäre es schade, wenn die Samen im Schatten der Eltern auf die Erde fallen würden. Idealerweise würden die Samen an einen neuen Standort transportiert. Einige fliegen im Wind. Einige reisen auf oder in Tieren in Früchten. Orixa japonica, ein in Ostasien vorkommender Strauch, hat eine andere Technik. Das haben Lan-Jie Huang und Wen-Long Fu herausgefunden Diese Pflanze bildet eine Schleuder, um den Samen wegzuschleudern. Was O. japonica ungewöhnlich macht, ist die Form seiner Frucht.
Damit eine Pflanze zuverlässig und explosionsartig Samen streut, braucht sie die richtigen Früchte. Um Energie aufzubauen, können Pflanzen so trockene Früchte anbauen. Während sie trocknen, bauen sie Spannung auf und schaffen einen Energiespeicher, der explosionsartig freigesetzt werden kann, wenn die letzten Zellen einer Kette nachgeben. Aber O. japonica hat keine lange Frucht, die Spannung entlang ihrer Länge aufbauen kann. Es hat eher etwas wie eine Träne. Dennoch kann es immer noch Samen katapultieren. Huang und Fu machten sich daran herauszufinden, wie die Frucht funktionieren könnte.
Die Botaniker haben an der Beobachtung nicht gespart. Zunächst scannen sie die Früchte vor der Dehiszenz (Aufspaltung) ein Mikro-Computertomographie. Dies ist eine Technik, mit der Wissenschaftler ein 3D-Röntgenbild eines Objekts erstellen können. Als nächstes fixierten sie den Samen mit Polyethylenglykol und schnitten ihn in Stücke, um ihn unter einem Mikroskop zu untersuchen. Diese Scheiben waren nur 10 μm dick, dünner als ein menschliches Haar.
Um das tatsächliche Ereignis der Samenausbreitung zu beobachten, verwendeten Huang und Fu eine Kamera, die 10000 Bilder pro Sekunde aufnehmen konnte. Nachdem sie die Früchte vor und nach der Dehiszenz verglichen hatten, konnten sie ein Modell bauen, um zu sehen, wie die Frucht ihre Ladung schleudern könnte.
Wie erwartet, stützte sich die Explosion auf das Perikarp, den Teil der Frucht um den Samen herum. Das Exokarp, der äußerste Teil der Frucht, und das Endokarp, der innerste Teil, verhielten sich jedoch nicht auf die gleiche Weise. Es ist dieser Unterschied, der der Schlüssel dazu ist O. japonica's Erfolg, sagen die Autoren.
„Es gibt starke Unterschiede in der Verformung des Exokarps und des Endokarps während der Fruchtdehiszenz, und sie spielen unterschiedliche Rollen bei der explosiven Samenausbreitung O. japonica“, schreiben Huang und Fu. „Das Endokarp liefert Kraft für den Samenstart durch Dehydration, während das Exokarp der Öffnung des Endokarps widersteht und andere zusätzliche Funktionen bereitstellt. Die Fruchtwand öffnet sich sehr langsam während der explosiven Samenausbreitung O. japonica, und der Seed-Launch findet erst in der letzten Phase der Eröffnung statt. Dieser Prozess unterscheidet sich von dem der explosiven Samenausbreitung bei anderen Pflanzen, bei denen sich die Fruchthülle im Allgemeinen schnell öffnet und der Samenstart gleichzeitig mit der Öffnung der Fruchthülle erfolgt … “
Dieser Unterschied liefert die Energie für den Flug des Samens, sagen die Autoren.
„Vor der Saat von O. japonica die Frucht verlässt, ist die vom Endokarp angetriebene Spaltung des Exokarps entscheidend für den Samenstart. Die obere Öffnung, die durch die Öffnung des Exokarps gebildet wird, stellt einen Durchgang für die Trennung des Samens bereit; wohingegen der ventrale Rand des Exokarps einen Beschleunigungsschlitten für die Ablösung des Endokarps vom Exokarp bereitstellt. Wenn das armförmige Endokarp schnell aus dem Exokarp gleitet, wird der Samen durch das Endokarp in sehr kurzer Zeit auf Startgeschwindigkeit beschleunigt. Die kinetische Energie des Samen- und Endokarpfluges wird aus der vom Endokarp freigesetzten elastischen potentiellen Energie abgeleitet, die durch den Widerstand des Exokarps gegen die Verformungsbewegung des Endokarps angesammelt wurde.“
Effektiv arbeiten Exokarp und Endokarp am Anfang gegeneinander. Wenn die äußere Schicht der Frucht nachgibt, schießt der innere Teil heraus. Da das Endokarp nicht aerodynamisch ist, gibt es einen letzten Schritt, um die Samen beim Start aus der Frucht zu bekommen.
„Dieser Prozess wird erreicht, indem der Eierstockbereich des sich öffnenden Endokarps gegen den Samen gedrückt wird, obwohl dieses Drücken nicht direkt Energie für den Start des Samens liefert. Die Mechanismen der Bewegung des Perikarps und der Beschleunigung des Samenstarts lassen die zwei Schichten des Perikarps eine Struktur ähnlich einer speziell geformten Schleuder bilden, die den Samen in Form einer Kugel aus der Frucht schleudern kann“, schreiben Huang und Fu.
Die Methode ist nicht 100% erfolgreich. Die Botaniker fanden heraus, dass die Samen manchmal nicht sofort aus dem Endokarp austreten. Dieser Misserfolg könnte ein Beispiel dafür sein, dass die Anlage ihre Wetten absichert. Das Endokarp könnte die Samen vor Fressfeinden schützen. Obwohl dies nicht perfekt für die Verbreitung ist, könnte die Kombination der beiden Strategien hilfreich sein O. japonica kommen in weniger samenfreundlichen Habitaten zurecht.
