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向日葵的秘密舞蹈:摇摆的动作如何优化生长并激发创新

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已经发现,向日葵在拥挤的环境中表现出一种迷人的“舞蹈”,以优化它们的生长。这一令人惊讶的发现表明,向日葵进行“噪声环转”,这一系列不规则、几乎是摇摆的运动,旨在避免相互遮阴并最大化阳光的照射。

这些摇摆不仅仅是随机的晃动。科学家观察到,向日葵的运动遵循一种类似于随机游动的模式,具有不同的速度和方向。通过这种看似混乱的舞蹈,向日葵探索不同的位置,最终以一种减少邻近植物遮阴的方式安排自己。实验和模拟结果都确认了这种自我组织的模式帮助向日葵在狭小的空间中茁壮成长。

在一项开创性的启示中,研究人员将这些环转识别为一种“功能性噪声”——这些随机运动并不是有害的,而是确实有利于植物的生长。这种自然策略可能在其他植物物种中更为普遍,并为植物如何智能地适应其环境提供了新的见解。

理解向日葵的舞蹈可能会彻底改变农业实践。通过模仿这些自然的摇摆,农民可能会设计出提高产量并减少光照竞争的作物布局,从而实现更高效的耕作方法。

除了植物学之外,这一发现还有更广泛的影响,可能影响机器人自组织系统的设计,并为生态管理提供新的策略。这种向日葵舞蹈不仅深化了我们对植物行为的理解,还激发了多个领域的创新方法。

PhysRevX, 2024; doi: 10.1103/PhysRevX.14.031027