植物為啥落葉?掐指一算,并不簡單
發(fā)布時間:2018-11-09
出品:科普中國
制作:牟福朋
監(jiān)制:中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)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(fēng),木不怨落于秋天。誰揮鞭策驅(qū)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(fēng)景,也只有大自然才能夠驅(qū)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(chǎn)“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(tài)系統(tǒng)中,植物一般也稱為“生產(chǎn)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(xiàn)所有的葉子一起掉光,所以就不會出現(xiàn)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(huán)境發(fā)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(zhuǎn),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(xué)作用變成富含營養(yǎng)的腐殖質(zhì),重新被根系吸收,這就是所謂落葉歸根。  

  但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn),其實,在還沒有落下之前,落葉就已經(jīng)開始了它的奉獻。而這一切,要從植物的進化過程說起。  

  數(shù)億年前植物的祖先,都是生活在水中的物種。后來地球經(jīng)歷過了數(shù)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(yǎng)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(fù)合肥吧?所以這些物質(zhì)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(jié)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?qū)⒖諝庵械牡獨廪D(zhuǎn)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(jié)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(yǎng)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(zhì)以供來年使用。但是這樣并不十分保險,比如落葉被風(fēng)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(zhì)。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(jīng)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(jīng)快結(jié)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(yǎng)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(yǎng)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(yīng)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(fēng)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(fā)揮它的制造養(yǎng)料的功能,如果涂了防曬,就相當于遮蔽了陽光,生產(chǎn)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(zhì)搬運回樹干的過程中,會產(chǎn)生很多“裝修垃圾”,這就是自由基。自由基是一種有毒物質(zhì)。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(xué)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(yǎng)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(yǎng);為了保證這一回收過程的順利完成,植物生產(chǎn)色素來充當防曬。這一切不都是植物為了適應(yīng)大自然而采取的應(yīng)對措施嗎?  

  讀完此文,朋友們一定對開頭的那句“誰揮鞭策驅(qū)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(quán))  

中國科學(xué)院科普云平臺技術(shù)支持,中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心運行
文章內(nèi)容僅為作者觀點,不代表中國科普博覽網(wǎng)、中國科普博覽網(wǎng)運行單位、中國科普博覽網(wǎng)主辦單位的任何觀點或立場。
科普中國系列品牌網(wǎng)站: 科普中國
關(guān)閉