生物學家使用3D打印假花研究植物演化

魔猴君  行業資訊   3508天前

生態學家們早就明白花的形狀的重要性，以及動物授粉行為如何影響花型性狀的進化，但更加深入地了解花的形狀對于傳粉者行為的影響仍然是一個艱難的命題。在過去，為了研究，生態學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是華盛頓大學生物學系Daniel實驗室的一名研究生，他在加州大學伯克利分校獲得的生物學學士學位。在加州的時候他曾經與Roy Caldwell一起研究口足類動物的行為。而如今，他研究焦點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打印的假花來量化他的發現。

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

Campos說，研究小組發現，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。結果表明，夜間天蛾可以使用觸摸而不是視覺來尋找花蜜的來源。

“由于它們的長喙和夜間的習慣，對于我們在研究中使用的拳頭大小的天蛾來說，發現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洞里——在幽暗的黃昏或滿月的夜里。”Campos說，“這似乎是一個愚蠢的比喻，但它與天蛾在夜間飛行覓食的實際情況相差不是太遠。”

他補充說，3D打印是研究工作的關鍵。Campos說，這項技術可以讓他的團隊通過探索花的形態和授粉行為之間的相互作用來研究動物授粉行為和它們在植物進化中的作用。

“麻煩的是，作為一個科學家，我希望能夠有一個量化的方式來研究花的形狀和它對于傳粉者覓食能力施加的影響。”Campos說。“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雜性，使其能夠被分解為一些關鍵的“特質”，然后使用數學公式描述這些特質。如果你能做到這一點，那么你基本上可以通過是有一個數字公式來指定任何可以想象得到的花朵造型。而這樣的一個公式的妙處在于，3D打印機可以根據它打印出具有特定“特質”的花朵的3D造型。”

Campos說3D打印讓團隊可以對花朵的各個方面進行定量，比如花朵的長/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，他們使用這些數據來3D打印出這種“被設定”的本文花的塑料原型。

“通過仔細記錄這些花被訪問的順序，以及持續時間，我可以洞察花的形狀是如何影響授粉者覓食能力的！”Campos說。“最終，我希望我的數據可以用來接著向下研究（如果有的話）億萬年來，動物的探訪行為如何影響了整個開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現花蜜的成功率（Shape matters: corolla curvature improves nectar discovery in the hawkmoth Manduca sexta）》被發表在《Functional Ecology》雜志上。本文作者為：Campos, Harvey Bradshaw和Daniel Thomas。（本文來源：天工社）