葉子的形狀決定它離樹多遠:圓葉落地近,鋸齒葉飄遠
生物
05-16
科學家發現,葉片的形狀與對稱性會影響它們掉落的位置——圓形對稱的葉子通常落在樹根附近,而鋸齒狀或不對稱的葉子則會飄得更遠。這項研究揭示了落葉如何透過自身結構幫助母樹回收養分。
丹麥理工大學的物理學家Matthew Biviano和Kaare Jensen在《皇家學會介面期刊》發表研究指出,像榆樹或蘋果樹這種橢圓形、對稱且邊緣平滑的葉片會快速垂直落下,通常堆積在樹幹周圍;反之,帶有鋸齒或形狀不對稱的葉片(如楓葉)會在空中旋轉飄蕩,最終落在離樹較遠的地方。
落葉喬木每年會掉落約40%已固定的碳與養分,但若葉子落在樹根附近,分解後就能重新被母樹吸收。奧斯陸大學物理學家Andreas Carlson解釋:「種子需要隨風傳播,但落葉恰恰相反——它們需要快速沉降才能提供養分。」
研究團隊用雷射切割25種樹葉的紙質模型,包含橡樹、楓樹等常見樹種,以及因基因突變產生不對稱葉片的阿拉伯芥。將這些模型放入水槽中模擬落葉過程後發現:多數自然葉片的下落速度接近最快可能值(圓形葉片的1.37公分/秒),而不對稱的阿拉伯芥葉片速度慢了15%。
關鍵影響因素在於「對稱性」與「鋸齒程度」。當研究人員人為增加紙葉的鋸齒與不對稱性時,下落速度減緩15-30%。Jensen強調:「對稱性比鋸齒更重要,但我們觀察到最慢的下落形態同時具備不對稱與多鋸齒特徵,顯示兩者存在互動作用。」
當然,葉片演化還受氣候、養分獲取等多重因素影響。Jensen補充:「我們並非主張空氣動力學是對稱性的唯一成因,但它確實是個簡明有力的解釋因素。」這項研究為「樹木如何透過落葉位置最佳化養分迴圈」提供了嶄新見解。