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核桃壳为什么不好剥?

科学世界  · 公众号  · 科学  · 2019-09-04 17:39

正文


核桃壳非常难剥,难到有人故意将剥核桃当做惩罚手段……



如果你也觉得核桃壳难剥,先别急着怪自己手笨,因为核桃是故意的。一项发表在Advanced Science上的研究发现,核桃通过一种形状复杂的细胞打造出了独特的坚硬外壳。

通过显微镜观察,我们能看见组成核桃壳的致密组织,研究人员在其中发现一种此前从未见过的细胞。这种细胞的形状很诡异,不像松子的外壳细胞,一个个形状规则,排列整齐。

核桃壳内侧排布着一种形状极不规则的细胞

松子壳中的细胞形状规则、排列整齐。


在核桃逐渐成熟的过程中,细胞的形状也在发生变化。5月份时,核桃的外壳( 指内果皮,不是外面绿色的那层,那是外果皮 )细胞形状还很正常,但到了7月份,形状就已经非常奇怪了……


7月                 6月                   5月


于是,研究人员将单个核桃壳细胞浸泡在能去除木质素( 一种能使植物细胞壁坚固的有机聚合物 )的溶液中,再通过激光扫描和电子显微镜进行观察。下图是2个单独的核桃壳细胞,研究人员将其称为多裂石细胞(polylobate sclereid cell)。起初研究人员还担心,会不会是没分离干净,好几个细胞粘在一起啊?但切片结果证明,这就是2个独立的细胞,每一个细胞的形状就是这么奇怪……



仔细观察,细胞壁上还有密密麻麻的小孔,细胞正是通过这些小孔与外界进行物质交换。细胞壁越厚,小孔就越小。可以判断,上图中左下方细胞的细胞壁应该更厚一些。


石细胞本身是一种具有支撑作用的厚壁细胞,与常见的石细胞相比,多裂石细胞的形状非常不规则,轮廓凹凸不平,相互之间以一种极其复杂的模式组合在一起。通过激光扫描,研究人员得到了这些细胞的三维排布模式(下图)。统计后发现,每个细胞平均要与14个细胞相连接。



如果将这种结构做成三维木质插块,几乎不可能被徒手拆开。这也解释了为何相比于松子、杏仁、碧根果等其他坚果,核桃的外壳更加难剥。要想用力穿透核桃壳,绝不仅仅是断开细胞间的连接点那么简单,还必须穿透这些结构复杂的细胞块。


核桃壳为什么要长成这样,原因尚不得而知,但研究人员表示,希望该结论能给仿生材料带来启发,以及帮助人们更好地回收利用核桃壳。


最幸福的时刻



参考文章:
https://www.sciencemag.org/news/2019/09/why-walnuts-are-such-tough-nuts-crack
论文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201900644


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