成熟向日葵花序的东向性与区域盛行风向无关：基于风场数据的生物力学假说验证

本研究针对向日葵成熟花序恒定东向现象，提出并验证了生物力学假说——区域盛行西风能否通过空气扭矩驱动花序转向。研究团队利用ERA5 MONTHLY数据库1940-2023年风场数据，分析匈牙利、欧洲和美国向日葵种植区的盛行风向分布。结果显示，仅2.6%-13.7%区域存在符合假说的东向盛行风（α=0°±15°），表明风场并非花序定向主因。该发现发表于《Planta》，为植物-环境互作机制研究提供重要证据。

　　

向日葵的"向阳之谜"一直是植物行为学研究的热点。这种神奇植物在开花前会追随太阳运动（日周运动），而成熟后却固定朝向东方。这种独特的"东向性"现象引发了科学界长达百年的探索，迄今已有8种假说试图解释其机制，包括减少鸟类啄食、降低热应激、增强传粉效率等。最新提出的生物力学假说认为，当地盛行西风可能通过空气阻力产生的扭矩（torque）迫使花序转向东方，就像风向标始终指向风来方向一样。

为验证这一假说，匈牙利罗兰大学（ELTE E?tv?s Loránd University）生物物理研究所的Enik? Rajna团队创新性地采用气象大数据分析方法。研究人员选取全球三大向日葵主产区——匈牙利、欧洲大陆和美国，利用欧洲中期天气预报中心ERA5 MONTHLY数据库，提取1940-2023年间5-8月（向日葵生育期）的风向数据。通过建立数学模型计算风扭矩对花序的力学作用，并绘制12色风向玫瑰图进行区域分布可视化分析。

研究结果显示三个关键发现：首先，风扭矩计算证实年轻向日葵花序确实会受到风力转向影响，最大扭矩值达8.7×10^-4 N·m（风速3 m/s时）。其次，风向分布图显示匈牙利仅2.6%区域存在东向盛行风（α=0°±15°），欧洲和美国分别为11.4%和13.7%。最后，对比分析发现向日葵花序东向性与区域盛行风向无显著相关性，如在匈牙利南部盛行南风区域，花序仍保持东向。

这项研究通过多尺度气象数据分析，首次系统验证了风场对向日葵花序定向的影响。其重要意义在于：一方面否定了生物力学假说的普适性，确认光照条件仍是主导因素；另一方面建立了植物形态发生与环境因子关联研究的新范式。论文提出的12色风向可视化方法，为农业气象学研究提供了创新工具。研究结果对理解植物适应性进化具有启示价值，也为向日葵栽培优化提供科学依据——农民无需考虑风向因素，只需确保植株获得充足晨光即可优化产量。

《Planta》期刊编辑特别指出，这项研究通过严谨的数据分析解决了长期争议，为植物行为学研究树立了"假设-验证"的典范。未来研究可进一步探索光信号传导与生长素分布的分子机制，以及气候变化背景下向日葵定向策略的适应性演变。