罗宾·阿
史密斯，杜克大学护理学院 信用:CC0公共领域 杜克大学的研究人员一直在研究一些我们眼睛看不到的事情
生物学家菲利普·本菲实验室的一个小组想看看植物的根是如何钻入土壤的
因此，他们在发芽的大米种子上安装了一个摄像头，在发芽后的几天里，每15分钟拍摄一张新照片
当他们以每秒15帧的速度回放他们的录像，将100个小时的生长压缩到不到一分钟的时候，他们发现水稻根部使用了一种技巧来获得他们在土壤中的第一个立足点:它们生长的顶端做出螺旋状的运动，以螺旋状的路径摇摆和缠绕
通过使用他们的延时镜头，以及一个根状机器人来测试想法，研究人员获得了植物根尖如何以及为什么随着它们的生长而旋转的新见解
第一条线索来自团队注意到的其他东西:一些根不能跳螺旋舞
他们发现，罪魁祸首是一种叫做HK1的基因突变，这种突变使它们笔直向下生长，而不是像其他根一样盘旋和蜿蜒
研究小组还注意到，突变根的生长深度是正常根的两倍
这提出了一个问题:“更典型的螺旋顶端生长对植物有什么影响？”杜克大学本菲实验室的博士后助理以赛亚·泰勒说
新的延时视频捕捉到了一些我们肉眼看不到的缓慢现象:水稻根部不断生长的尖端做着螺旋状的运动，在它们钻入土壤时以螺旋状的路径摇摆和缠绕
通过使用延时镜头，以及一个像根一样的机器人来测试想法，研究人员获得了关于植物根尖如何以及为什么随着它们的生长而旋转的新见解
信用:镜头由本菲/高盛实验室提供
由维罗尼克·科赫制作
本菲说，即使在150年前，植物的弯曲运动也是“令查尔斯·达尔文着迷的现象”
在拍摄的情况下，有一个明显的用途:缠绕和盘旋使它们更容易抓住阳光
但是它是如何以及为什么会在根部发生，这是一个谜
研究人员称，发芽面临挑战
如果它们要生存，第一根长出的小根必须锚定植物，向下探测以吸取植物生长所需的水分和营养
泰勒说，这让他们想到:也许从根本上说，这种螺旋式增长是一种搜索策略——一种寻找最佳前进道路的方法
在佐治亚理工学院物理学教授丹尼尔·古德曼的实验室进行的实验中，对生长在穿孔塑料板上的正常和突变水稻根的观察显示，正常的螺旋根找到一个洞并向另一边生长的可能性是正常的三倍
佐治亚理工学院和加州大学圣巴巴拉分校的合作者建造了一个柔软易弯曲的机器人，它像根一样从尖端张开，在由不均匀间隔的钉子组成的障碍跑道上松开
为了制造这个机器人，研究小组拿了两根可充气的塑料管，将它们相互嵌套在一起
改变气压将柔软的内管从里向外推出，使机器人从顶端伸长
收缩相对的人造“肌肉”使机器人的尖端随着它的成长而左右弯曲
即使没有复杂的传感器或控制器，机器人根仍然能够通过障碍物找到一条穿过钉子的路径
但是当左右弯曲停止时，机器人很快就被一个钉子卡住了
最后，研究小组在用于棒球场的泥土混合物中种植正常和突变水稻种子，以测试它们在土壤中根实际上会遇到的障碍
果不其然，尽管变种人难以站稳脚跟，但具有螺旋生长尖端的正常根却能够钻透
根尖的螺旋状生长是由植物激素生长素协调的，研究人员认为这种生长物质可能以波浪式的方式围绕着正在生长的根尖移动
生长素在根的一侧积累，导致这些细胞比另一侧伸长得少，根尖向那个方向弯曲
研究人员发现，携带HK1突变的植物不能跳舞，因为生长素在细胞间传递的方式有缺陷
阻断这种激素，根部就失去了旋转的能力
这项工作有助于科学家理解根是如何在坚硬紧实的土壤中生长的
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