葉子的形狀為什麼千差萬別
設計一片葉片,植物要考慮到三個重要因素:製造葉片需要的物質量、葉片的壽命和葉片吸收、轉化陽光的效率。因為不同植物有不同生理特點、生活在不同環境,所以這三個因素也不盡相同。而這三個因素反映到具體葉片上,每一種葉片都有其獨特的葉脈結構。
從營養器官的角度出發,葉片只要能製造營養,長成什麼樣都行,但從植物整體的角度看,葉片的生長必須符合植物整體的利益最大化。
設計一片葉片,植物必須考慮到三個重要的因素,即製造一片葉片需要的物質量、葉片的壽命和葉片吸收、轉化陽光的效率。因為不同的植物有不同的生理特點、生活在不同的環境,所以這三個因素也不盡相同。而這三個因素反映到具體的一片葉片上,就是每一種葉片都有其獨特形狀,更具體的説,是每一種葉片都有其獨特的葉脈結構。
葉脈之於葉片,正如同骨骼和血管之於我們。在葉片正常的生理活動中,葉脈既起到運輸物質的管道作用,又起到支撐葉片的骨架作用。不同的葉脈結構在葉片上形成了不同的葉脈密度、葉脈間距離和葉脈迴路。所謂葉脈密度就是單位面積上葉脈的長度,密度越高,表示植物對這片葉片的水分、養料供應越充足;葉脈間距離則反映了植物對葉片持續供給的能力;葉脈迴路則反映了葉片的強度和壽命,迴路越多表示營養物質和水可以通過更多的路徑被送到葉肉細胞中。
植物正是通過葉脈決定了葉片的壽命、功能等。例如對於生活在熱帶的植物,較高的氣温一方面需要植物有更高的蒸騰速率,另一方面又讓植物不需要每年更換一次葉片,所以它們的葉脈往往較大,葉脈迴路多,水分供應充足,葉片就比較厚,邊緣比較光滑;而寒帶的植物雖然蒸騰速率低,但每年冬天都需要脱落一次葉片,所以植物葉片往往都比較薄,這樣製造一片葉片用的成本就低,冬天丟了也不可惜。但作為一片薄葉片,它的葉脈不可能特別粗,其邊緣的水分運輸必然受到限制,所以其邊緣的葉片區域經常就被拋棄了,葉片也就出現了各種各樣的裂口。
除此之外,為了應對水分蒸發、動物侵蝕等不利因素,很多植物的葉片還長着絨毛、毒腺,並且通過改變自己的顏色提高生存概率。另外,有些植物因為有特殊的需要,還會讓葉片執行一些其他工作,比如豬籠草的捕蟲葉、豌豆的葉卷鬚等,這些看上去不像葉子的葉片叫作“變態葉”,是葉片中的特種部隊。
正是這些多種多樣的生存環境,最終使每一種植物都有了樣式獨一無二的葉片,可以説每一片造型獨特的葉片都是植物進化的真實寫照,正因如此,有些植物學家嘗試通過研究古葉片的化石來推測古時候的環境變化。當我們下一次讚美一枚葉片的獨特造型時,也別忘了它們在幾億年風雨中的堅持。
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