设计精巧的树 | 知识周刊

一、  树的作为  

树木是如此复杂又迥异于动物的生物，使得现代科学家在理解树木的漫长过程中，至今仅仅跨出了一小步。树是生物学的奇迹，值得我们从最基本的细节开始认识。

树都做了些什么？听说聪明的工程师想利用超现代材料打造出某种装置来捕捉二氧化碳、吸收日光，并且避免地球环境污染……（祝他们好运！）如果这些工程师需要一些设计概念，以下是一份关于这种装置的规格说明：他们必须建造一座工厂，以日光、水和空气为原料，生产出糖并加以精炼。这座厂房必须无限期维持生产线的运作，每台机器都要能自我复制。以下是必要的能力：

一、直立设置的太阳能板，位置必须尽可能高，以确保有充足的日光（能量来源）供应。

二、尽可能从最大量的土壤中汲取水和矿物质。（相信你已经发现问题了：条件一和条件二很难并存。）

三、机器之间相互结合，并能大范围地自我复制以获得最佳生存机会。（如果这些机器不能移动，事情会相当棘手。）

四、想办法解决天空（条件一）和地面（条件二）距离的落差，并应付条件一到四所产生的诸多问题，包括贮存供应不稳定的日光能量、处理原料所需的时间，以及保护机械装置免于故障或遭受攻击。

五、备妥B计划以防工程严重出错。

六、让这些机器能够寻求第三方协助。

以上就是所有条件了。在解决了关键性的工程学问题后，你会发现你得到了一棵树。

   不同纬度的树   

落叶松

落叶松是稀有树种，它是一种会落叶的针叶树。

落叶松的材质极为轻盈，拥有美丽的红色色泽。

不过锯木匠说，落叶松的木材会使锯齿卷刃，因此难以处理。

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树显然与光有着密不可分的关系，树需要光来提供能量。但是，并非所有的树都以相同的方式处理光照，只消观察树叶拥有多少种不同的形态便可知一二。针叶树长着细瘦的叶，这些针状叶往往两三片一组呈现深绿色，而且富含蜡质。大部分针叶树在冬天会保有自身的针叶，它们仍能行光合作用，尽管速率十分缓慢。每片针叶都是一项小小的投资，需要很长的时间才能获得回报，因此缓慢地搜集光线对针叶树来说是一项合理的安排。针叶树并不制造代价高昂的花朵，它们做的每件事都讲求节约。

然而，就针叶树来说，落叶松就显得不太寻常，它们会在秋季脱落满身的树叶，就如同阔叶树那样每年都会长出新叶。从能量角度来看，这么做虽然耗费能量却不无好处--落叶松很少会因冬季沉重的积雪而遭受损伤。此外，它们也无须消耗太多地下水，在寒冷干燥的大陆气候区，珍贵的地下水到了最冷的月份就会冻结成冰。

大多数的阔叶树会在秋季脱落大部分树叶（树的世界很少有绝对的事），不过栎树是个例外，一旦首批树叶持续遭受昆虫攻击，栎树在六月就会脱落第一轮树叶，接着长出第二轮新叶。越往南，越可能发现终年保有部分或全部树叶的阔叶树；至于有些树木落叶，倒不是因为冬季将至，而是干旱和炎热的缘故。

树本身无法移动（其实有例外），不过事实证明，它们能够转动叶片朝向太阳，自然也能轻易改变树枝的生长方向，以抢夺林中最有利的位置。在一片树林里，树木的生长方式迥异于灌木树篱或公园里那种枝叶大幅开展的树木，同时，你也可能诧异于许多树木会长出不止一种形态的树叶。比如冬青这种常绿阔叶树，它们底层的树叶多刺，因为底层是大多数食叶动物都能够到的高度，而只有长颈鹿和大象才够得到的上层树叶刺就比较少了。

不少树木拥有"阳叶"和"阴叶"，分别具备不同形态和数目的光吸收细胞（叶绿体），以及不同浓度的叶绿素--吸收光谱中蓝色与红色光线的绿色素。这些差异意味着树不会花费太多资源在只能捕捉到很少能量的叶子上，但说也奇怪，阴叶的效能似乎不亚于阳叶。近来科学研究显示，以光子形式存在的日光似乎能被有效地转移，以便找到通往叶绿体的最佳路径。生物学家将此视为"量子生物学"的实例，一切是如此令人兴奋又引人遐想。

毫不意外，为应付不同的环境条件，什么形状和尺寸的树叶都有。在潮湿温带林中惬意生长的树木长有滴水叶尖，叶片光滑闪亮，以快速排除雨水；而干旱区的树木叶子则会让雨水流速变慢，这有助于根部和缓地吸入水分。不同形状的叶片在应付强风或对水分的吸收上，发挥了不同的作用。

树叶设计不能完美解决所有问题，树木只能不断探索生存的方法，你知道，树并不明白自己正在成就工程学的奇迹，但就是这么做了。这种花了两亿年时间适应环境并成功存活下来的有机体，拥有充分的时间解决大多数问题，从而总让人误以为其中存在着某些上天安排。倘若上帝真的存在，那他必得全知全能，才可能在几天内构思出六万多种形貌殊异的树种。

与光的关系造成树木在形态上的某些根本差异。针叶树通常又高又尖，阔叶树往往长着圆顶，在极端情况下甚至呈平顶状。只要稍微动动脑筋，就知道这与纬度有关。北国浅土孕育的树木生长在太阳不会升得很高的地区，于是长得又高又瘦，以便从侧面接受最多的日照。栎树、山毛榉和其他中纬度地区的树是所谓的"通才"，它们在跨度广大的纬度范围内都能生长良好。猴面包树和龙血树则是赤道地区的"专才"，它们那平坦防水布一般的树叶，几乎全部铺展在高升到天顶的赤道艳阳下。

不过，树木一向很有适应性，在欧洲最南端，你会发现科西嘉松这种针叶树在原生的山坡蔚然成群，而在南半球的最北端也不乏针叶树的踪迹，如西南太平洋著名的诺福克岛松树。同样地，许多阔叶树也存活于纬度极高的地区，它们被视为来自南国的奇珍，比如长在苏格兰西岸普勒威花园（也叫因弗鲁花园）的某些亚热带树种，那里位于斯开岛以北不远处，受惠于墨西哥湾流带来的温暖空气。

  太阳能板  

欧洲七叶树

欧洲七叶树（马栗树）原产于东欧，是槭树而非可食甜栗的近亲，满树的乳脂色烛台状圆锥花序，实在让人很难与秋季时结出的累累果实联系在一起。

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树的首要任务是将它的"太阳能板"（树叶）安装在最有机会接受光照的位置。树叶简直是物理、化学和微观架构上的小小奇迹，我不想过于轻描淡写，因为树的化学运作机制确实极度精细复杂，以下是基本概况。

树的任务是利用水、空气和光等简单配方制造出葡萄糖。一个葡萄糖分子包含六个碳原子、十二个氢原子和六个氧原子，简略的化学式为C6H12O6。碳很少以单质形式存于大气或土壤中，树叶必须吸取碳的氧化物--CO2--这么一来，每获得一个碳原子，就有一对氧原子被释放。每制造一个葡萄糖分子需要六个二氧化碳分子。氢同样很少以单质形式存在，但可以从水（H2O）中方便地取得，每个水分子提供两个氢原子和一个氧原子。通过简单的计算我们就会知道，树叶需要六个水分子才能获得足够的氢来制造一个葡萄糖分子，如此显然会产生额外的氧。这座高效能的迷你工厂从根部汲取水分，经由树干传输到树叶，透过树叶背面微小的气体交换器"气孔"摄入二氧化碳，并利用树叶表层吸收日光。

树叶中的叶绿素充当接收日光（无数的光子）能量的接收器，好进行神奇的合成，基本运算如下：6×CO2＋6×H2O＝1个葡萄糖分子＋从气孔中排出的6个剩余的氧气分子（O2）。地球上以氧气为生的生物显然是这种安排的受惠者，尽管树也需要留一点多余的氧来给细胞内的某些反应提供动力。事实上，树会摄入比制造葡萄糖所需更多的水，并通过"蒸腾作用"排除多余的水分。葡萄糖产量的上限更多地取决于树木所能获取的水量，而非日光照射量，因此无论天气多么晴朗，假使根部无法得到充足的水分，警铃便会大作，系统运作速率会急遽减缓以防树木脱水--缺水可以说是这条工厂生产线上最大的瓶颈。

树叶不仅结构复杂，设计上更是千变万化，这是为了适应遮阴率、光照、刮风、降雨等多变的条件，也要应付那些刚蹭了饭、搭了便车，又想在树上找地方住的捕食者和寄生虫。不过，"树叶工程学"依然可以简化为如下表达：叶子的表层是透明的蜡质表皮，也就是防止叶片焦枯干燥的角质层，其下为叶绿体所在的海绵层，具有吸取太阳光子的接收器，这些组织含括在轻量的维管束构造中，较大的叶脉凭肉眼就可以在表面看见。它们支撑并维持着叶片的形状，具备输送气体、液体和糖的通道。叶片的硬挺度有赖流体正压来维持，一旦失压便会变软下垂，这是每个园丁都知道的道理。

避开日光直射的叶片底面是另一个表皮层，分布着用来吸入二氧化碳、呼出氧并让水分蒸发的气孔。气孔可以适度开合以控制光合作用的速率，从而回应从根部汲取的水分并调节其流速。如果你想用放大镜窥探叶绿体的模样，我劝你打消这个念头！按比例，每平方毫米大小的叶片约有五十万个叶绿体，而每平方厘米大小的叶片的任何一面都遍布约两千个气孔。一棵大树所拥有的太阳能搜集细胞若平展开来，面积约为三百五十平方千米。我希望我刚提到的那种怀抱着雄心壮志的人类工程师能改变心意，考虑直接去种树会更容易。

所有树叶之中，银杏叶或许是最奇特的一种，它们的叶脉从叶梗处向外辐射。银杏是自然界中的植物活化石，在地球上至少有两亿七千万年的历史。如今银杏多半被当作观赏植物栽种，不过在中国某些保护区内仍有野生银杏生长，寿命可能超过两千岁。银杏是已知能在一九四五年广岛原子弹爆炸现场一英里范围内存活下来的少数树种之一，若只以为它们禁得起都市的环境污染，绝对是低估了它们的能耐。

将秋天掉落的叶子收藏在剪贴簿里，或作为压花装裱在画框中，是一种老少咸宜的自然艺术活动。要完整保存树叶的美丽色泽，最好的办法是在叶片干枯前用保湿霜轻轻擦拭，或将它们浸泡在甘油中。

  树之族谱 

树，和地球上所有的生命形式一样，是由极简单的化学组合、单细胞有机体与细菌进化而来的，发展成我们称之为"树"的复杂有机体与我们称之为"森林"的超级有机体花费了数十亿年时间，大致可归纳成几个阶段。只要到过美国马萨诸塞州，走进梭罗于十九世纪中叶居住过的瓦尔登湖畔树林，就可以直接观察到某些关键阶段-事实上，几乎任何一座淡水湖都行。夏天，藻类在水流停滞、日光充足的地方旺盛滋长，相较于树木，藻类的构造十分简单，它们是十亿年前单细胞生物的实验成果，至今仍与我们同在，因为它们没有太多地方可以出错。藻类可能会破坏完美的池塘生态，如蓝藻等某些藻类甚至具有毒性，不过，这些早期氧气的供应者是所有陆地植物的先祖。

在森林浓荫下仔细观察湖岸，特别在冬季，你会发现各式各样的苔藓，它们代表了植物进化的下一个阶段。作风低调的苔藓无法挺立着竞争光线，生存又极度倚赖所在地的湿气，尽管如此，它们仍是一项奇迹。所有苔藓都以世代交替的形式存在：长在树表或潮湿岩石上的绒垫是配子体，配子体会产生第二代孢子体，细看下，配子体就像竖立在绒垫上的迷你天线，它们能够制造并传播孢子，并且成为下一代苔藓的亲代。

但是苔藓并未进化成树，它们的进化之路在平面上中止。为树木立下里程碑的是首批维管束植物--一种能靠自己直立的植物。如果你观察木贼生于河岸或池畔的深绿色尖刺状植丛，会发现它们的茎是由单一导管上下堆栈而成的，导管间具有渗透性的膜，允许液体上下流动。若无这项杰出的创新，树是不可能产生的，而这个小小的工程学奇迹发生在四亿年前。单一导管所能达到的高度显然有其限制，不过已经相当可观-木贼、竹子和其他单导管植物甚至可以与许多灌木一较高下。

然而占据瓦尔登湖周遭林冠层的是木本植物，世界各地的森林莫不如此，因为在木质之中，成束的导管互相结合，逐渐硬化，这让植物得以年复一年地增厚，最后形成高度和强度极为可观的结构，这绝非一季之功，树木一向是自身世界的建筑师。木质--换言之，由聚合物"木质素"予以强化的纤维细胞--无须借由液压来维持坚挺，但草本植物却必须赖此为生。木质细胞--"木质部（xylem，这个词与木琴xylophone有相同的词根）"--是已经死亡的树木细胞，其中不再有活组织。不过木质细胞并未被抛弃，它们支撑着形成层的扩张，让外围的新生组织沿着业已空洞的木质部生长，并透过髓线（从栎树原木的横截面最易辨识）网络将过剩的脂肪和糖分运送到有需要的部位--这一切巧妙交织成强度和韧度绝佳的构造。

木本植物有如城市，具备联结生产与消费的交通动脉、搜集和输送能源的发电站、生产大量原料的制造厂、量身定制的工程学解决方案，还有通讯中心及紧密配合的各种无形基础设施，这一切以神奇的方式相互联结，并像单一有机体般不可思议地运作着。

从木贼及类似植物中出现了两个……嗯……分支：裸子植物（如针叶树、银杏和苏铁属植物）与被子植物（即阔叶树）。这两种会结出种子的植物都进行有性繁殖，也能以其他形式繁衍。种子的出现是三亿五千万年前的创举，植物因此拥有了更可靠的繁殖方法。种子内部不仅藏有遗传信息，也包括了应急储备粮以及可以自行装配好让植物迅速成长的基础工具包。种子出现的五千万年后，首批针叶树于石炭纪登场，而开花植物要到一亿五千万年前的侏罗纪才出现。木兰是这个先祖世系中最古老的幸存者之一，它们比蜂类更古老，有些科学家认为，木兰着重地进化了它那奇特繁茂、魅力无比的花朵，为自然界带来了最具魅力的爱的结晶。

首批开花植物出现的五千万年内，被子植物（包括栎树这种"现代"阔叶树）大举扩张，最后在树的世界占据了压倒性的支配地位--至少就它们所产生的乔木、灌木的种类多样性和分布范围来看是如此。进化舞台上最晚登场的是诸如山毛榉、白蜡树、桦树和榛树等相对年轻的树种，它们全是两百万年前的产物，各自利用可获得的生态区位适应着新的挑战；至于未能通过考验的好多树种和原始树木，最后便沦为了化石。然而，往后这些"中央有根棍子"的巨型植物开始大行其道，时至今日，大自然仍在这六万多种树木所组成的多样化迷宫中探索各式各样的出路。

  树的故事-花楸  

花楸

神奇的花楸是谦逊又刻苦耐劳的树种，它们弯曲纠缠的枝干、雅致的叶，

以及预示秋天降临的成串红色果实，在一整年都令人心旷神怡。

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由于无法长得大到足以成为商业用材，可爱的欧洲花楸（学名为Sorbusaucuparia-aucuparia，意为"捕鸟"。）一向被林业管理者所忽略，不过在其他人眼中，花楸却是优美的庭院观赏植物，它们或伫立于奔流的小溪畔，或有如沉稳的哨兵，在陡峭的山坡上站岗。英国境内最高的花楸树生长在白金汉郡切森特附近，高度不足一百英尺；最高龄的花楸则在苏格兰高地，其中一株位于金尤西的纳帕克，树围近五英尺，考虑到它那缓慢的生长速度，它兴许已经好几百岁了。

花楸在每一个季节里都有着总被低估的美。它的树皮和枝干呈现光滑柔润的银灰色，其上常点缀着地衣。冬天，深紫色的幼芽看起来有点毛茸茸的，刚冒出来的新叶略带银色光泽，仿佛裹着一层薄纱，日后展开成纤巧的锯齿状小叶，挂附在深红色的细枝上。成簇的乳白色五瓣花朵散发出强烈气味，招引蜜蜂、蝴蝶、胡蜂和甲虫等许多授粉昆虫。随后花楸结出邮筒红（英国邮筒的主流颜色为红色。）的招牌浆果，在一片颜色渐深的枝叶间，昭告秋天的降临。接下来，树叶由绿转橙、转褐，有时呈现血橙般的深红色。花楸的种子和苹果种子一样，必须先通过鸟类（通常是乌鸫、连雀和红腹灰雀）的酸性肠道才能发芽。花楸果是一种收敛剂，还能制成富含维生素C的极酸果酱，不过生果略有毒性。

由于能出产浆果，又能耐受高海拔环境--英国境内的花楸可生长在高达三千英尺的地方--花楸是鸟类珍贵的冬季食物来源。鹿群也会啃食花楸的树叶及树皮，不过是在树皮上的地衣被它们吞嚼下肚之后。讽刺的是，浆果曾是制作粘鸟胶的原料，将果实碾碎、发酵并与油脂混合，就成了极能引诱鸟类的黏合剂，只要涂抹少量在树枝上，被粘住的鸟儿绝难逃脱。第二次世界大战期间，粘鸟胶曾用于尝试制造反坦克黏性炸弹，却不太成功，因为即使黏性超强，也粘不住沾满尘土和污泥的坦克甲板。

花楸木并不以强度著称，而且鲜少长到足够大的尺寸，不过它们很柔软易屈，不会因绷张而破裂。花楸木偶尔也会充当白蜡木的替代品，两者有时甚至被混为一谈--因为花楸别名"山白蜡"，这其实是讹称，两者并无亲缘关系。不过，最近我曾在科西嘉岛奥罗山海拔约六千英尺的坡地上看见一簇花楸树与栓皮槭和其他几种科西嘉岛以北一千英里处我所熟悉的英国植物共同生长。

花楸有深远的民俗渊源。在爱尔兰的传说中，花楸可以保护房舍和牲畜，在英格兰，据说花楸能阻挡女巫，因此传统上常以花楸枝做成小十字架，悬挂在门口上方。而在苏格兰，用花楸浆果串成的项链曾被视为护身符。花楸往往与天然泉相关联，常被视为圣泉，而砍倒花楸树至今仍被认为是不吉利的事--即使花楸相当容易采伐。此外，花楸在地方乡谚和故事中也备受珍视。

花楸的英语名称源自古斯堪的纳维亚语的raun，意思很简单，就是"树"。古英语中，花楸似乎曾被称作cwicbeam（cwic等同于quick，意指"活着"），这种少见的情况发生在宪章中提及花楸的时候。相较于其他招摇浮夸的树，花楸体现了越来越罕见的质朴美德：素净美好、淡泊坚忍，或许还有谦逊。

本文选自《树的智慧》/新星出版社

责编：糖糖

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