Wageningen Universiteit en Researchcentrum
Persbericht Wageningen University, 039wu, 22 juli 2010
Veenmos lanceert sporen met ongekend grote versnelling
Veenmossen van het geslacht Sphagnum lanceren hun sporen met de ongekend grote versnelling van 36.000 maal de zwaartekracht, de hoogst bekende g-waarde in de plantenwereld. Sphagnum kan zijn sporen tot vijftien à twintig centimeter hoog schieten zodat de sporen zich verspreiden. In Science beschrijven Amerikaanse onderzoekers het proces van de lancering en hoe de sporen zo hoog kunnen komen. De Wageningse hoogleraar Johan van Leeuwen, deskundige op het gebied van biomechanica, beschrijft in een aanvullend artikel hoe het wegschieten van de sporen in zijn werk gaat en welke versnelling ze daarbij halen.
Sphagnum mossen (ca. 285 soorten) bedekken ongeveer een procent van het land op aarde en komen vooral voor in hoogveengebieden, en wordt bijvoorbeeld gebruikt als orchideeëngrond. Het mos legt naar verhouding veel CO2 vast, waarschijnlijk meer dan enig ander plantengeslacht op het land. Het veenmos kan zich succesvol voortplanten door zijn minuscule sporen - 22 tot 45 micrometer - te laten verspreiden door de wind. 20.000 tot 24.000 sporen zitten in een bolvormig doosje van 2 mm diameter, op een steeltje van ongeveer een centimeter hoog. Voor de goede verspreiding van de sporen via de wind is het echter nodig dat ze minmaal tien centimeter boven de grond uitkomen. Het is al langer bekend dat het sporendoosje functioneert als een miniatuurluchtdrukpistool dat het sporenwolkje met een hoorbaar knalletje tot een hoogte van vijftien à twintig centimeter kan schieten.
Supersnel
In het julinummer van Science beschrijven de Amerikaanse onderzoekers Dwight Whitaker en Joan Edwards het lanceringsproces, dat zich voltrekt in tienden van milliseconden. Zij namen het uitschieten van de sporen op met een high-speed videocamera, met snelheden van 10.000 tot 100.000 beelden per seconde. Zij constateerden dat de sporen met meer dan honderd kilometer per uur omhoog schieten. Dat zij zo hoog kunnen komen, is omdat de sporen en masse wegschieten. Daardoor ontstaat een ringwerveltje - te vergelijken met de ringwerveltjes die rokers soms uitblazen - dat een veel grotere impuls heeft dan een enkele spore en daardoor ook veel langzamer afremt. Een enkele spore zou door de hoge wrijvingsweerstand slechts enkele millimeters ver komen. Na de explosie zorgt dezelfde hoge wrijvingsweerstand ervoor dat de lichte sporen slechts zeer langzaam dalen, waardoor turbulente wind ze over vele kilometers kan verspreiden.
36.000 g
Op verzoek van de Science-redactie beschrijft de Wageningse hoogleraar Experimentele zoölogie, prof. Johan van Leeuwen, deskundige op het gebied van biomechanica, in hetzelfde nummer hoe het afschieten in zijn werk gaat. Het wegschieten van sporen volgt op het ontstaan van een grote overdruk in het sporendoosje ten opzichte van de omringende lucht - tot wel vier atmosfeer. Dat doosje krimpt onder invloed van de zon, waardoor de inhoud afneemt en de lucht die zich onderin het doosje bevindt wordt samenperst. Op de top van het doosje bevindt zich een dekseltje dat door de interne druk wegschiet. Hierdoor krijgt de opgebouwde luchtdruk vrij spel op de massa sporen.
Van Leeuwen berekende de versnelling waarmee het afschieten gaat als gevolg van de inwendige luchtdruk in het sporendoosje. Via een eenvoudig rekenmodel voorspelde hij een startversnelling van 32.000 g. Die versnelling neemt snel af door het omlaaggaan van de luchtdruk tijdens het afschieten. De beelden van Whitaker en Edwards analyserend kwam hij zelfs op een waarde van 36.000 g, voor zover bekend de hoogste waarde ooit gemeten in de plantenwereld. G (van gravitatie) is de versnelling van de zwaartekracht. Ter vergelijking, de mens raakt al bewusteloos bij een versnelling van 10 g.
Daarnaast vroeg Van Leeuwen zich af hoeveel lucht en hoeveel sporen er in het doosje zouden moeten zitten om de aanmaak en verspreiding van de sporen optimaal te maken. Zijn voorspelling van een sporenvulling met 54 procent van het sporendoosjes vlak voor de explosie bleek goed overeen te komen met de gevonden waarden van iets meer dan vijftig procent