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          植物為啥落葉?掐指一算,并不簡單
          發布時間:2018-11-09
          出品:科普中國
          制作:牟福朋
          監制:中國科學院計算機網絡信息中心

            詩人面對秋天落葉的景象,不免要感傷一番。但是筆者最喜歡的是李白的那首:“草不謝榮于春風,木不怨落于秋天。誰揮鞭策驅四運,萬物興歇皆自然?!?span lang="EN-US"> 

          落葉(來源:視覺中國) 

              

            確實,這歲月輪回的風景,也只有大自然才能夠驅策吧。今天,筆者就來和朋友們聊聊這落葉背后的自然之道。 

              

            植物只在秋天落葉嗎?不是,樹葉有兩種落法 

            葉子對于絕大部分樹木來說,主要功能是生產“食物”。和動物一樣,植物也需要消耗糖類以維持生理功能。只不過動物是靠吃,而植物主要靠陽光來自己制造。所以在生態系統中,植物一般也稱為“生產者”,而動物稱為“消費者”。 

            這么重要的器官,怎么能說丟就丟呢?當然是不得已而為之啦。 

            第一種情況是,這片葉子死了。 

            葉子也是生命,也得有個生老病死,或者意外之類的。比如被扯碎啦、被折斷啦、被月光寶盒砸中啦,或者就是老死了也有可能。此時死掉的葉子沒有任何生理功能,只好丟棄。所以即便是常綠樹,也會因為這種情況而落葉。但是常綠樹的落葉是隨時死隨時落,不可能出現所有的葉子一起掉光,所以就不會出現落葉樹(90后)那種全部禿掉的情形。 

            第二種情況是,樹木生長的環境發生了不好的變化,因此只能選擇落葉。 

            這些變化包括干旱、極端的高溫和低溫、病蟲害等。雖然葉子很重要,但是在保命面前還是沒那么重要。這就好比核電站事故,雖然周邊的很多土地有很多重要工廠和建筑,但是為了生命安全,也必須全部遺棄。這就是所謂的“遭受逆境時的主動落葉”。 

            到了冬天,樹木無法在極低溫度的情況下進行生理活動,所以必須休眠。如果我們想要停止工廠的運轉,只要切斷電力即可??墒侨~子這個工廠所使用的“電力”是太陽光,不可能被切斷。因此,就只好通過落葉的方式將他們丟棄了。 

          來源:牟福朋 

              

            落葉不是無情物,未化春泥也護花 

            落葉離開之后,落在大樹的腳下,通過一系列物理化學作用變成富含營養的腐殖質,重新被根系吸收,這就是所謂落葉歸根。 

            但是科學家發現,其實,在還沒有落下之前,落葉就已經開始了它的奉獻。而這一切,要從植物的進化過程說起。 

            數億年前植物的祖先,都是生活在水中的物種。后來地球經歷過了數次冰期,海平面降低,因此植物也不得不“登陸”了。登陸后的植物面臨的最大問題,就是缺水。為了能夠有效利用土壤里那些少得可憐的水,植物長出了根系,把自己固定在土壤里。雖然這樣解決了水的問題,但同時也帶來了新的問題:缺乏氮磷鉀等營養元素。 

            為什么呢? 

            因為水相當于是“可再生資源”,消耗掉之后可以通過降水來補充。但是下雨的時候總不可能下一場氮磷鉀復合肥吧?所以這些物質是“不可再生資源”,消耗完了之后,植物又沒法拔根溜走,只能干著急。 

          來源:牟福朋 

            解決方法無非有兩個,一個開源,一個節流。 

            怎么開源? 

            豬籠草和捕蠅草就是很好的例子。它們是植物界的獵食者,通過變形的葉子來捉昆蟲吃(甚至其他小動物,例如下圖中的豬籠草正在“吃”蒼蠅)。昆蟲含有高蛋白,能夠為植物補充氮元素。這就是植物為了獲得更多氮素而進化出來的極端手法之一。 

          豬籠草捕食蒼蠅(來源:維基百科) 

            另外例如豆類植物的根系上會長有一些叫做根瘤的瘤狀物,那是豆類植物的氮素工廠,在根瘤里,植物把自己的一些糖類分給根瘤菌,根瘤菌作為回報,能夠將空氣中的氮氣轉化為植物可以利用的氮素供給植物。這也是一個植物進行開源的例子。 

          根瘤菌(來源:視覺中國) 

            怎么節流? 

            就是盡量減少廢棄。 

            前面我們說到,植物在遭受諸如寒冷等的逆境時會主動落葉以求自保。葉子落掉,那么葉子里含有的營養元素就跟著丟失了。這對于植物來說就是極大的浪費。雖然會變成腐殖質以供來年使用。但是這樣并不十分保險,比如落葉被風吹走或者被動物吃掉等等。所以最好的辦法就是在葉子要落之前,趕緊把里面能回收的東西全部拆掉回收,儲藏在樹干里面,尤其是氮磷鉀等不可再生的物質。所以,落葉的獻身“護花”并非在化作春泥之后才開始,而是在還沒有落之前就已經開始了。 

            連遺棄的葉子也不放過,植物為何這么摳門?用一句話來說,就是“窮怕了”。 

            更有甚者,就拿我們上文提到的根瘤來說,大豆生長到秋天要成熟的時候,由于它自己的生長周期已經快結束了,所以它知道自己不需要那么多氮素了,于是就切斷根瘤的營養供給,殘忍地餓死為它打工的根瘤菌,把他們的尸體連同根瘤一起拆解吸收,將營養運送到大豆的種子里。 

            寫到這里,不禁感嘆植物看似柔弱,卻也是無所不用其極,為了適應自然,真的是什么都肯做,也做得出來!讓我們真正懂得了“進化”二字。 

              

            紅妝:最后的演出 

            我們知道,秋天落葉之前,落葉樹的葉子會由綠色變成紅色或者黃色。楓樹紅葉也是深秋一道燦爛的風景。這并非是由于馬上要被遺棄隨便染上的顏色,而是植物為它即將拋棄的葉子精心準備的妝容。 

            在秋天,紫外線未必比夏天弱,這是因為秋天云層較少,空氣也干燥,雖然陽光沒那么毒,但是紫外線被云層反射和被水吸收的也少。植物雖然依賴陽光生存,但是也是會被紫外線所曬傷。而紅色或者黃色正是植物給自己涂的防曬。 

            肯定有朋友會問:為什么葉子在夏天不變色? 

            這是因為夏天的時候葉子需要充分發揮它的制造養料的功能,如果涂了防曬,就相當于遮蔽了陽光,生產效率就受到了影響。夏天的時候,植物有另一套對抗紫外線的方法,此處就不羅嗦了。 

            然而到了秋天,植物的葉子逐漸停工,即便不接觸陽光也不要緊,所以就簡單暴力一點,用涂顏色的方法來防曬了。 

            另外,許多熱帶植物的葉子剛長出來的時候,都是紅色的,因為未成熟的葉子需要防曬。等逐漸成熟了可以工作了,才會褪掉紅色,也是這個道理。 

            而且,秋天植物在拆解葉子里的可回收物質搬運回樹干的過程中,會產生很多“裝修垃圾”,這就是自由基。自由基是一種有毒物質。紅葉里的防曬色素也兼有清除自由基的功能,可以防止葉子在沒有拆解完畢之前先被自由基毒死。還有,有的科學家認為,相對于綠色來說,紅色和黃色對食草動物的吸引力較低。植物選擇這兩種顏色,意在告訴食草動物“不要吃我,我不好吃”,以防止自己被吃。 

              

            所以,落葉這件小事還真是簡約而不簡單。 

            冬天要變冷,所以要落葉;而營養元素的不可再生,使得植物在落葉前必須回收葉子中的營養;為了保證這一回收過程的順利完成,植物生產色素來充當防曬。這一切不都是植物為了適應大自然而采取的應對措施嗎? 

            讀完此文,朋友們一定對開頭的那句“誰揮鞭策驅四運,萬物興歇皆自然”有更深的理解了吧。 

              

            (本文中標明來源的圖片均已獲得授權) 

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