蒲公英可以飄多遠?答案或許超乎你的預期

蒲公英是風力傳播子代的代表性植物之一,但它們到底可以飛多遠,影響飛行距離的因子卻不一定為人所知。本文依序介紹 (1)蒲公英果實的基本構造和相關機制,(2)長程傳播(LDD, long distance dispersal)的概念,以及 (3)蒲公英根據實驗模擬出的飛行距離。藉由蒲公英飛行的相關文獻,可以了解此植物實際種子散播的情況;也可以讓人重新審視,過往對事物直觀的推測,或許不如想像中簡單。

撰文|何郁庭

圖一、蒲公英|來源:pexels

 

蒲公英(Taraxacum spp.)可以說是世界上最知名的雜草之一,它們有著鮮豔的黃色頭花,以及標誌性的白色毛球,既亮眼又好玩,每每在公園看到,都讓人情不自禁摘起一朵蒲公英,「呼——」一聲將降落傘們吹得又高又遠。

蒲公英是教科書上風力傳播的例子中,最常見的植物範本;不過,你有想過,蒲公英的種子究竟可以飛到多遠嗎?

 

蒲公英的構造與飛行的秘密

要探究這個問題的答案,首先要了解蒲公英果實的構造。將蒲公英一朵一朵像降落傘的構造放大來看,可以簡單區分為三個部分:冠毛(pappus)、喙(beak)、瘦果(achene)(圖二)。很多人以為會飄的構造是種子,事實上,那是蒲公英的果實加上它的「飛行裝備」們,種子躲在不開裂的瘦果中。有研究指出,蒲公英的冠毛開放角度,會隨著環境中的濕氣調整,由於冠毛著生的位置具有吸濕(hygroscopic)的特性,加上雙層結構差異膨脹導致的形變,可以有效控制冠毛張開的幅度,進而影響果實飄行。

圖二、蒲公英瘦果圖|來源:作者繪製

 

此外,過去亦有研究說明,蒲公英的冠毛可以在垂直氣流吹拂時,產生穩定的分離渦流(SVR, separated vortex ring),使種子在空中飄的時候能夠減緩旋轉,並達到緩慢上升與下降的目的。從這些文獻中,我們可以了解,蒲公英果實的冠毛構造,對於傳播上,確實具有重要的意義。

 

長距離飛行,有多長?

了解構造後,接著要釐清怎樣的飄行距離才可以稱做「長程傳播」(LDD, long distance dispersal)?

長程傳播並不是超過一個確切的距離,就可以稱做長程傳播。它最重要的判別依據,在於跨越鄰近嵌塊體(patch)的最小距離,也就是長程傳播的果實或種子的重點,在於是否具有移動到其他地景的能力(圖三)。長程傳播是個相當熱門的研究主題,因為這代表它們可以讓子代散佈到較遠的地方生長,這樣不僅能拓展族群範圍,還能避免子代距離親代太近,互相爭奪資源;延伸的研究主題,還包含生態學、族群動態,甚至是演化。

圖三、嵌塊體與地景示意圖。上圖的區域分別為嵌塊體(Patch)、基底(Matrix)與廊道(Corridor)|來源:https://www.fs.usda.gov/nac/buffers/using/landscape.html

 

2008年,一篇發表於《Trands in Ecology and Evolution》的回顧型報告,根據尺度與作用機制的不同,將長程傳播區分為六大類,分別為開放陸地地景(100公尺-100公里)、大型動物(100公尺-100公里)、遷徙動物(1-1,000公里)、極端氣候事件(1-1,000公里)、洋流(1-1,000公里),以及人為傳播(1-10,000公里)。因此,最短要達到長程傳播的距離,起碼也得超過100公尺。值得注意的是,儘管我們習慣將果實/種子逐個歸類到「某一種」分類下,但這不代表它們不會以複數的方式進行散佈。

讓我們將注意力回到蒲公英身上,即便像這種飄來飄去的果實,一般都認為它毫無疑問仰賴風力傳播,也曾經有報告指出,蒲公英在水上漂行,或是沾附在動物皮毛上,都比風力傳播的距離要來得更遠。那麼,最重要的問題終於來了:蒲公英平均在空中旅行的距離到底有多遠呢?

 

一般來說,蒲公英都沒辦法長程傳播

答案可能讓你驚訝:2.15公尺。

不過,或許也沒有那麼意外,回想小時候吹的無數次蒲公英,它們確實飛行不久後就降落了,鮮少扶搖直上直達雲霄。雖然平均飛行距離短得讓人沮喪,但不表示它們就完全沒辦法飛得又高又遠,況且前面才把蒲公英的冠毛吹得那麼厲害,現在又說它們根本飛不到所謂「長程飛行」的最短距離100公尺,那不是非常矛盾嗎?

事實上,確實有個研究團隊為了探討蒲公英飛行的最遠距離,而進行過模擬過蒲公英種子散佈的研究。要知道,追蹤並測量大量又細小的蒲公英,是相當困難的一件事,於是研究人員利用計算與模擬的方式,試圖找出答案。他們先在德國巴特利普施普靈格氣象站架設了70公分高的風速計,並且在蒲公英飛滿天的季節,於開闊地量測長達2,435小時的風速資料,接著利用這些材料模擬2,000顆蒲公英的飛翔狀況。

結果顯示,就距離而言,超過99.5%的蒲公英都在10公尺內「陣亡」了,可以飛行超過100公尺的比例僅佔0.05%,超過1公里的只有0.014%;就影響因子而言,水平風速的強弱,對於它們的飛行距離幾乎沒有影響。

 

真正導致蒲公英可以飄向遠方的關鍵因素,在於 上升氣流

圖四、蒲公英長距離傳播與(A)水平風速(B)長程傳播相關上升氣流 的比例|來源:文獻4

 

0.014%這個數字聽起來相當絕望,但研究團隊後續針對蒲公英產生果實的樣地調查,卻發現雷根斯堡大學內的草皮上,平均每公頃生長70萬朵蒲公英的頭花,且可以產生140百萬顆蒲公英種子,將數量乘上比例後,仍有2萬顆種子可以排除萬難,抵達1公里以外的地方。

儘管平均值相當小,但蒲公英確實可以經由風的力量,飛到很遠很遠的地方;但絕大多數的情況下,它們也只有數公尺的飛行距離而已。蒲公英很常見,也是相當容易取得的研究材料,因此學術研究常常以它為範本,不過,許多菊科植物的果實同樣具有冠毛特徵,而現有的研究基礎,對其它物種的研究而言,算是相當有幫助。

所以,下次如果要跟朋友比賽,將蒲公英吹的最遠,關鍵就在於由下往上吹,靠著上升氣流讓蒲公英飛到幾百公尺外吧!(誤)

 

參考文獻:

  1. 蒲公英種子為什麼能飛那麼遠? | CASE 報科學
  2. Ran Nathan, Frank M. Schurr, Orr Spiegel, Ofer Steinitz, Ana Trakhtenbrot, Asaf Tsoar (2008) Mechanisms of long-distance seed dispersal. Trends in Ecology & Evolution. 23(11):638-647. https://doi.org/10.1016/j.tree.2008.08.003.
  3. Seale, M., Kiss, A., Bovio, S. et al. (2022) Dandelion pappus morphing is actuated by radially patterned material swelling. Nat. Commun. 13, 2498. https://doi.org/10.1038/s41467-022-30245-3
  4. O. Tackenberg,P. Poschlod,S. Kahmen(2008) Dandelion Seed Dispersal: The Horizontal Wind Speed Does Not Matter for Long-Distance Dispersal - it is Updraft! Plant Biology. 5(5):451-454. https://doi.org/10.1055/s-2003-44789
  5. Cummins, C., Seale, M., Macente, A. et al. (2018) A separated vortex ring underlies the flight of the dandelion. Nature. 562:414-418. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0604-2

 

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