红木树有两种不同种类的叶子,科学家发现

海岸红木是科学家几代人研究的令人惊叹的树木。我们知道它们是最高的活树木,已经幸存了数千年,抵抗火和害虫。因为红木是

海岸红木是科学家几代人研究的令人惊叹的树木。我们知道它们是最高的活树木,已经幸存了数千年,抵抗火和害虫。由于红木长期存在,大且耐腐烂的森林,它们主导的森林比地球上的任何其他生态系统都在地上质量更高,因此大概更多的碳。

尽管如此,在加利福尼亚大学,戴维斯分校和Cal Poly Humboldt的同事们开始研究最近发表的一项研究时,我学到了一个秘密,该秘密一直坐在我们的鼻子下。

事实证明,红木有两种外观不同并执行截然不同的任务的叶子。以前未知的功能有助于树木适应潮湿和干燥条件 – 这种能力可能是在不断变化的气候下生存的关键。

足够的水

无论树木生长,迟早会弄湿叶子。对于湿环境中的树木,如果水胶片覆盖了它们的气孔,这可能是一个问题。这些微小的毛孔使二氧化碳进入叶子,因此树可以将其与水结合在一起,使植物组织通过光合作用。湿森林常见的许多树木都有适应性的叶子,可防止这些水膜形成。

相比之下,在干燥环境中生长的树木利用短暂的叶片湿度,通过特殊的叶子结构,甚至通过它们的气孔,直接在叶子表面上占据宝贵的水。但是一些树木,包括海岸红木,生活在潮湿和干燥的环境中,季节性变化很大。

对于诸如霍尔姆橡树(Holm Oak)之类的宽叶树,它在地中海气候下生长,夏季干燥和雨季,这种季节性湿润挑战相对容易克服。他们的气孔位于叶子的遮蔽层上,使它们清除水,而叶子的顶部表面吸收了水。但是红木是针叶树,或带有圆锥形的树木,具有薄而平坦的必需叶子,它们需要另一种方式来平衡驱除和吸收水的竞争目标。我们知道我们想探索Redwoods如何应对叶湿的矛盾挑战,可以吸收多少水红木,哪些叶子特征导致水吸收能力差异。我们学到的完全是一个惊喜。

大树有大秘密

长期以来,科学家知道红木通过叶子吸收水的能力。但是,弄清楚多少水红木可以这种方式吸收,以及这样做的能力如何从一种类型的气候到另一种气候变化,这是该物种的真正挑战。

首先,一个大红木有超过1亿片叶子,并吸收了大量的表面积。这些叶子随着高度而大大改变结构,从长而平坦到短而aglike。因此,我们无法通过在地面上采摘叶子来正确解决这个问题。

为了进一步复杂化,重力始终在红木的树干上向上升起的巨大水柱。结果,在树顶的叶子总是比下降低的水少。通道的固有干燥应比底部的水叶更快地将水吸入叶子,就像干海绵比潮湿的海绵更快地接水。

为了准确了解红木如何吸收水,我们需要在潮湿和干燥的环境中以及这些树木上的多个高度中的树木中的叶子。为了使它们进入基于重力的水位进行分析,我们将叶子样品放在雾室中 – 在这种情况下,一个冰箱挂在房间加湿器上 – 随着时间的推移,体重增加了多少水可以吸收的线索痕迹

当我们拆开一群红木芽以将它们沉浸在雾中时,我们将每个簇分成碎片。 Redwood射击簇从木质的核心中脱出,并分为多个年龄的单个芽,每个芽都有自己的叶子。我们将沿木质中央轴的芽与每个集群外边缘上更常见的柔韧芽分开。

很快就显而易见的是,中央轴的芽具有可以吸收水的速度比外围叶快三倍的叶子。当我们用显微镜看着叶子内部时,我们知道它们是两种完全不同的类型。他们在外面看起来也不一样,但这是如此出乎意料,我们需要看到他们的内部结构才能真正说服自己。

轴向叶子装有储水单元,但它们的韧皮部 – 将光合糖出口到树的叶子中 – 似乎被阻塞且无用。如果一棵树有叶子,传统的观点是它们在那里进行光合作用,但是我们想知道轴向叶子是否有不同的目的。

红木的宽阔的外围叶子在左边显示,占树木区域的95%,并进行所有光合作用。他们的轴向叶子在右侧吸收水。 (Alana Chin,CC BY-ND)

通过一些其他测量,我们发现红木的轴向叶子专门用于吸收水。轴向叶和外周叶表面之间的差异,尤其是它们的蜡覆盖率,导致其吸水率的差异。这有助于解释他们如何在目前的大部分栖息地的潮湿季节中全年光合作用。

进一步的分析表明,红木的轴向叶子仅占树木总面积的5%,几乎无法通过光合作用产生足够的能量来维持自己。但是它们贡献了树木总吸收能力的30%。这两种类型的叶子共同平衡了光合作用和吸水的决斗要求,从而使红木在潮湿和干燥的栖息地中都能蓬勃发展。

使用大规模的树测量和方程来估计红木叶面积,我们估计这些口渴的巨人可以在降雨的第一小时内吸收多达105磅(48公斤)水的水。这相当于101品脱啤酒。

对红木的意义

了解导致红木叶子摄取能力变化的原因可以帮助我们衡量树木和环境之间和将来的水吸收能力的差异。我认为,这是我们研究中最有用的部分。

Redwoods改变了两种类型的叶子,以适应其当地气候。在门多西诺县(Mendocino County)上方山脉北部的湿雨林中,树木投资于专门用于吸收水的轴向叶子。这些叶子集中在树下的下冠中,使光合作用高表现的树梢自由自由,以最大程度地产生鲜太阳。白点是气孔中的防水塞。 (马蒂·里德(Marty Reed),cc by-nd)

在红木范围南部边缘的干燥森林中,树木在水压力上有更多的轴向叶子。这使他们能够更好地利用Briefer叶润滑事件,但这意味着它们的光合作用比湿木区的每片叶子面积少。

红杉能够转移叶片类型以匹配区域气候差异的能力可能有助于他们适应加利福尼亚州不断发展的气候变化。这对于保护这些史诗般的树木来说是个好消息,这可能是一个有前途的调查,因为科学家试图将耐旱性特征与红木种群之间的区域差异联系起来。

本文根据Creative Commons许可从对话中重新发布。阅读原始文章。

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