
突破物理极限:百米高的热带巨树,如何安度干旱?
龙脑香(Dipterocarp)是世界上最高的雨林树木,高度可达100多米。高耸入云能让它们独占最充沛的阳光,但同时也带来了一个致命难题:如何把水分送上百米高空?
根据物理学规律,树木主要依靠叶片水分蒸发产生的拉力(蒸腾作用)将水分从根部输送至顶端。然而,随着树木增高,重力和导管与水流之间的摩擦力(就像用超长吸管吸饮料)会使输水变得异常艰难。如果拉力过大,水分分子链甚至会断裂,产生气泡堵塞输水通道。
因此,科学家曾普遍认为,在干旱时期,这些百米巨树会比矮小的竞争对手更容易枯死。但近日卡迪夫大学 Paulo Bittencourt 团队发表在《科学》(Science)杂志上的一项研究,推翻了这一直觉。
巨树的“进化工程学”秘诀
科研团队在婆罗洲东北部的雨林中,对38棵不同高度的龙脑香树进行了长达数年的实地攀爬测量与追踪。他们发现,巨树通过两项极其聪明的“身体结构微调”克服了高度障碍:
- 喇叭状的“输水管”设计:树木内部的木质部导管(xylem)并不是均匀粗细的,而是从树梢往根部逐渐变宽。对于那些极高的巨树,这种“底部变宽”的趋势比矮树更加显著,这大大降低了水流接近地面时的阻力。
- 高空的“化学防护罩”:由于重力影响,越往顶端,叶片的吸水拉力确实会下降。但龙脑香树顶部的叶片中含有更高浓度的渗透调节物质(osmolytes)。这些化学物质能帮助细胞在缺水时维持形状,防止叶片萎蔫。
气候模型可能需要重新评估
在研究人员追踪的、自2023年底开始的半年大干旱期间,这些百米巨树的生长速度并没有比矮树减缓更多。
在地球森林中,数量仅占1%的巨型树木储存了超过一半的碳。过去,气候变化模型大多假设这些巨树在干旱面前最脆弱。而龙脑香科巨树独特的“输水黑科技”表明,我们可能低估了这些森林巨人的韧性,现有的气候预测模型或许需要重新修正。