ツリフネソウ属の植物の群生を通りかかったとき、膨らんださやに指で軽く触れると、パチンという音とともに開くのが確認できるだろう。コイルのように縮んでいたさやが、中に詰まった種子をすべて外へと放り出す。ほんの一瞬の出来事だが、植物の生体力学のまさに好例だ。
英語では「タッチミーノット（touch-me-not）」とも呼ばれるツリフネソウ属（学名：Impatiens：ホウセンカやインパチェンスを含むツリフネソウ科の植物）は、自然界でも最も効率的な種子散布システムの一つを進化させた。
そのさやは、成熟するにつれて、内部に機械的な張力を蓄積し、何かが触れると、その張力が一気に解放される。その結果、蓄積された弾性エネルギーが運動エネルギーに変換され、種子を親株から数メートル先へと効果的に飛ばすのだ。これは、「爆発的裂開」「爆発的種子散布」、あるいは「弾道散布」として知られる戦略だ。
以下では、この植物が、蓄積された機械的応力や水圧といった物理的原理をどのように利用して、次世代の種子を周囲の環境へと運んでいるのかについて解説しよう。
植物はなぜ種を飛ばすのか
種子の散布は、植物が直面する最も重要な課題の一つだ。植物は動物と異なり、一度根を下ろすと動くことができない。そのため植物は、自らは物理的に移動しないまま、次世代の種子が発芽して成長できる新たな場所に到達させる方法を見つけなければならない。
その結果、植物界では、驚くほど多様な種子散布戦略が生まれた：
・風を利用する。翼やパラシュートのようなものが付いた、軽い種子をつくる。
・動物に依存する。毛皮に紛れ込んだり、消化器系を通過したりする。
・水路を漂う。
しかし、爆発的散布は、植物自身が生み出す機械的な力を使っている。『Journal of Experimental Botany』に掲載された2009年の研究が説明しているように、ツリフネソウ属の場合、さやが小さな生物学的ばねのように機能する。放出の瞬間に必要なエネルギーを、蓄えておくことができるのだ。
ツリフネソウ属の果実は、いくつかの細長い区画からなるカプセルだ。果実が成熟するにつれて、組織内部に少しずつ張力が蓄積していく。
この研究が指摘しているように、この張力は、果皮の収縮が層ごとに異なることに起因する。さやの内部組織には、物理的特性や配列方向の異なる細胞が含まれている。成熟に伴って、水分含有量や構造的剛性が変化するにつれ、外層は、内層に比べてますます大きな応力を受けるようになっていく。
このカプセルは、張力によって固定された、柔軟な帯の集合体だと思えばいい。カプセルが破損しない限り、その張力は維持される。しかし、触れたり、風が吹いたり、動物がそばを通ったりするなど、何らかの形でカプセルの壁が乱されると、あらかじめ形成された継ぎ目に沿って裂けてしまう。
こうなると、果実の壁が後ろに弾け、コイルのように巻き上がる。その結果、蓄積されていたエネルギーが、ほぼ瞬時に解放される。
