雨水多才长的大?错!新研究揭叶子大小的秘密

叶子的形状大小变化之多数之不尽,有像巨形扇叶一般的棕榈树叶,也有小至 1 平方毫米的沙漠品种,叶之大小变化多端究竟所为何因?现代科学家将之归因于平衡环境湿度和过热风险的结果,却始终未能完全解开谜团。不过最近一项分析了 7,670 种植物叶子的研究,就揭露个中的复杂因素。

上世纪的植物学家认定热带地区植物叶子庞大全因该区雨水充沛。直到 1960 至 1970 年代,物理学家和生理学家再次尝试拆解问题,指叶子大容易造成过热,增加叶面蒸腾率(transpiration cooling),令叶子流失水份,因此沙漠植物为减少蒸腾,叶子一般较小,相反生长于阴凉处的叶子较大。然而这个理论无法解释为何大叶植物仍然在又湿又热的热带地区生长繁盛,而小叶植物为何又可见于气温较低的地区。

以生物科学家 Ian Wright 为首的跨国科学家团队,于是分析 7,670 种生长于全球不同洲、纬度、生态系统、气候地区的植物,比对它们所处环境的日夜温度、降雨量和湿度,从而发现主宰叶子大小的新定律。

“我们的研究证明,影响叶子大小的限制,是其面临的过冷风险,而不是过热。”要同时避免夜间过冷和日间过热,需要平衡好可用来作叶面蒸腾的表面面积和边界层厚度。边界层能让静止空气将之包围其中,为叶子提供阻隔。叶子愈大,边界层愈厚,愈难在夜间吸热,因而对低温天气更敏感,更易受霜冻所害,所以在寒冷之地叶子较小为佳;而叶子可供进行叶面蒸腾的面积愈大,虽能尽快散热,却可能导致缺水,因此在炎热之地同样以叶小为佳。热带雨林的大叶植物因有充足雨水滋养,能大量进行叶面蒸腾,不怕水份散失而死。因此说叶子的大小“大部分由过冷风险决定,同时也是『升温的可能幅度』和『可供蒸腾的水份』两者之间的取舍,这个新认知有助我们了解植物的基本作业机制。”

阿德雷得大学植物保护生物学家 Andrew Lowe 指,是次研究结果将影响古生物学家利用植物化石,重塑古代气候和生态系统,更可预测气候变化将如何改变植物生长情况,提早得知何种植物会因气温与降雨规律改变而减少。

来源:CUP
撰稿:AMBRE

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