植物的智慧——牻牛兒苗種子的鑽土遁地之術

植物的種實傳播有很多方式，從重力、風力、水力、動物攜帶，甚至自己產生彈力，無不各顯神通。然而，有些植物不單有特殊的方法傳播種子，甚至還有「自我掩埋」（Self-bury）能力，能夠增加存活率、提高成功發芽的機會，他們能將種子自行埋入土中的秘密武器是什麼？

能自我彈射還能遁地 牻牛兒苗的秘密武器

這群種子能將自己埋入土中的關鍵，在於他們的種子後端具芒（Awn），這些毛狀附屬物 （Hair-like appendage）受濕度變化會改變形狀，抵住土壤後產生推力，再將種子插入土中。此類具芒的種子大多見於禾本科植物，如小麥屬（Triticum spp.）、大麥（Hordeum murinum L.）、三芒草（Aristida tuberculosa Nuttall）等。特別的是，牻牛兒苗科牻牛兒苗屬（牻音同芒）的一些物種也在其中。

牻牛兒苗屬（Erodium）世界上約有120種，屬名Erodium是希臘文蒼鷺（heron）之意，描述其蒴果尖如蒼鷺嘴，英文稱為heron's bill（鷺嘴草）。牻牛兒苗為一年或多年生草本，葉通常為羽狀複葉；繖形花序，花瓣五，粉色，雄蕊、心皮五數，花柱單一且細長；蒴果成熟時，五瓣開裂，細長的花柱表層裂出五條細芒，底下則各自連接一顆種子。

牻牛兒苗廣泛分佈世界各地，也在許多地區歸化，在台灣有兩個歸化種，分別是麝香牻牛兒苗（E. moschatum (L.) L'Her.）與芹葉牻牛兒苗（E. cicutarium (L.) L'Hér.），兩者皆歸化於台灣中高海拔山區。

牻牛兒苗在種子傳播階段就展現出獨特之處，整顆蒴果隨著水分減少，表層的種子逐漸彎起，但一部分的組織仍與心皮相連，使得中間的纖維產生拉扯，當種子彎曲力量超過心皮的拉力時，整個種子便會彈射（Launch）出去，即植物的爆炸傳播（Explosive dispersal）。

這種方式能讓種子不借助外力又傳播得更遠，生活中常見的酢醬草、鳳仙花，以及巴西橡膠樹與沙盒樹等植物都採用相同原理傳播種子。

一份於2011年發布的論文研究，便透過高速拍照記錄下芹葉牻牛兒苗種子彈射軌跡，並參照數學模型進行軌跡預測，結果顯示種子彈射初速度為每秒4±2公尺，種子會在空中高速旋轉，呈現膝形的彈射軌跡，彈射距離為51±8公分，以大小約1.5公分的種子而言，這足足飛行了長度30多倍的距離，展現出極大的爆發力。

牻牛兒苗種子傳播出去後，接著會鑽進土裡。初時因缺乏水分而呈現彈簧狀，待降雨之時，其種子芒當中的纖維會吸收水分進而舒張開來，使原本螺旋狀的芒變為線形；當環境逐漸乾燥時，芒則會開始以螺旋的方式壓縮，最終除了尾端一小段之外，其餘皆變回彈簧狀。

整個脫水捲曲的過程約10分鐘內，芒在旋轉過程中會抵在周遭物體上，進而提供種子鑽土的螺旋力與推力，芒的螺旋半徑會讓種子與土壤間形成斜角，使種子向下而非向旁鑽，鑽頭狀的種子也提高了破土而入的機會，若一次沒埋成功也沒關係，只要濕度變化都會使芒捲起或舒張，進而將種子埋進土裡。

受牻牛兒苗啟發 科學家研發仿生種子鑽土成功率高達八成

這有趣的現象給了科學家荒地復育的希望，復育火燒、荒漠化或土質惡劣的土地通常費力費時，常見復育方式是以空拍機攜帶種子在空中撒種（Aerial seeding）。但這些種子落到土上後，常因風吹而無法順利下種，鳥食、日曬、乾旱等惡劣情況更使得播種成功率降低，若撒下去的種子能自己埋進土裡，在規避環境風險與提高存活率上一定大有幫助。

美國與中國的研究團隊發展出一套以木材單板（Wood veneer）為基底建構成的仿生種子E-seed，從單板的化學處理、各材料曲率（Curvature）與應力計算、整體結構鑽土之效果、到攜帶復育種子的配套措施等，成功做出了三種仿生種子基本模型，這三種類型都可成功下種發芽，甚至可結合共生真菌提高存活率。

三類型中，第一型為最基本型，35毫米長、三條芒狀尾巴、由一層單板構成，尾巴可捲成七圈，鑽土深度約13.5～16.5毫米；而第二型則加厚單板數量變為兩層，尾巴可捲成八圈，鑽土深度增加為16.5～18毫米。這數字看似沒差多少，但對斯氏線蟲（Steinernema carpocapsae Weiser, 1955）而言則有很大的影響。

斯氏線蟲在農業上常用於蟲害防治，能保護新生苗不被害蟲侵略，也為仿生種子置入物之一。斯氏線蟲喜歡黑暗環境，增加仿生種子鑽土深度能給他們更舒適的環境，實驗證實，第二型仿生種子周圍土壤的斯氏線蟲族群增長量明顯較高。

第三型種子是為了攜帶更大型的種子而存在，規格與第一型大致一樣，但長度增加到85毫米，可有效將種子埋入土中，是一些喬木先驅植物種子的優良載具。

野外試驗中，他們以種子最難鑽的平地進行實驗，在牻牛兒苗種子成功鑽土率為0%的情況下，這些仿生種子成功鑽土率可高達80%，這項極具創意與突破性的研究也登上去年2月《自然》期刊封面，為荒地復育提供更多可能性。

隨著仿生科技越來越蓬勃發展，自然中的結構或原理逐漸被人們所看見並應用，透過各樣觀察、發想、歸納與驗證，當思考不再被侷限，便有機會發掘自然裡的無限可能。