叶子的奇妙世界

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  叶子,是自然界中最常见之物,在炎炎夏日,每当我们抬起头来望向窗外,总会看到几片翠绿的叶子,它们被阳光晒得发亮,洋溢着令人振奋的勃勃生机。
  然而,我们并不十分了解叶子。我们很少会意识到,一棵中等个头的落叶树就可以拥有多达20万片叶子,而世界上所有叶子放在一起平铺开来时的面积可以达到10亿平方千米,这几乎是地球陆地面积的两倍。如此之多的叶子并不只是一道独特的景观,它们也是一种自然现象、一片奇妙的世界。

精致的“发电厂”


  在地球上,“收藏”叶子最多的地方有三处,最大的是北半球温带的针叶林带,它跨越了北美和欧亚大陆,拥有世界上29%的森林,其余的两处都在赤道附近,一个是亚马逊雨林,另一个则是非洲中部的雨林。在叶子的覆盖下,这些地方成为了地球上最大、最多样化的生物栖息地。叶子养活了植物,并以此养活了动物,使生物链条“开枝散叶”。从这个意义上说,叶子真正是“生命之叶”,它们为世界染上了生命的色彩——綠色。
  叶子的绿色来自叶绿素,自从植物的祖先诞生时开始,叶子里就含有这种绿色的分子,它帮助叶子吸收阳光。叶子吸收阳光是为了做两件事情,首先,用叶绿素捕获太阳能,然后,把这些能量转移到叶子的其他部分来制造糖分——叶子的“行为”好像一个微型的“发电厂”。这里有一个问题,黑色更有利于吸收阳光,但世界上所有健康的叶子几乎都是绿的,它们为什么不是黑色的呢?
  其实,叶子早已做了精心的部署,像叶绿素这样吸收光的分子不仅存在于叶子的表面,也散布渗透于叶面之下的多层之间,这样的分布就给了叶子足够的机会去抓住每一道光线。即使叶绿素不擅长抓住绿光,这种层状结构还是捕获了大约80%的绿光。如果一片树叶吸收光的能力特别强,它反而有可能面临灼伤的危险,所以,“绿色”对于叶子来说是一个不错的选择。
  另外,叶绿素的“层状安排”还有一个好处,太阳能被吸收后就已经开始扩散了,这减少了叶子的运输压力,而能量扩散后,叶子才能开始做最重要的事情——“发电”,利用太阳的能量把水和二氧化碳转化成糖分,这才是叶绿素真正出色的地方。凭借着精致的“发电厂”,地球上的绿叶每天制造出4亿吨糖,它们的光合作用成为了地球上最重要的自然生产力。

地球的“气孔”


  叶子进行了光合作用,把糖生产出来,直接或者间接地向所有生命提供了必需的养料,而这一过程的废产物,却是地球上所有生命的基础——氧气。一个人一天大约需要1万片叶子产生的氧气,而一棵山毛榉树每天可以向大气中输入9000升氧气,足够5个人的用量。科学家们试图人工模仿出这一自然界的奇迹,却始终无法获得成功。
  叶子不仅向外输送氧气,也会输送水分,因为叶子每天还要做一项重要的任务——蒸腾作用。叶子的蒸腾作用会消耗很多水,树根吸收的水绝大部分都是通过蒸腾作用而散失到空气中的。这不仅对形成雨水具有重要意义,对树来说也有重大的意义,它使树根产生了吸水的动力,也使树根吸收的矿物质随蒸腾液流上升,完成矿物质在大树体内的运转。
  叶子喜欢和空气“交流”,叶子上也出现了许多气孔,时刻不停地和外界进行气体交换。但大多数情况下,叶子的气孔并不是“门户大开”的,它们的大多数常常分布在叶子的背面,或者下陷隐藏在叶面上密生的茸毛后边。叶子这样做是为了平衡水分的收支,防止水分过量地蒸腾。但是在热带,情况又不太一样。这里温度高、阳光强、水分多,因此叶子不仅大,而且表面相对光滑。这种叶子既可增强水分的蒸发、降低叶面温度,而且又因叶面光滑,可以使雨滴和污垢迅速滑落,不至于阻塞气孔。
  因此,叶子给地球铺上一层绿色毯子的同时,也为地球布满了气孔。在森林或者草原上,空气变得潮湿、温润,似乎还带着某种植物的清香,而季节变换时,比如春天来临,叶子开始发芽,新叶子又使我们“感受到春天的气息”,这些都是叶子给予地球的独特味道。

叶子的“小社区”


  地球上有数不清的叶子,如果将其中的一片放大,我们就会看到一个热闹的“社区”。在每一平方厘米的叶子上,定居着多达一千万个单细胞生物——细菌、微藻、酵母,外加昆虫产下的数不清的虫卵。
  这些“居民”如何在叶子上定居下来的呢?其实,没有任何叶子是绝对光滑的,叶子表面分布着一列列线状的毛发以及气孔。在这些地方,气体、蛋白质、糖类和油会不时从叶子内部涌出来,它们成为细菌、藻类和酵母们的生活来源。另一方面,叶子流出的油和气体也可以作为预警信号:如果微生物从叶子的表面感染到内部,油和气体就会释放出一些化学信使,向附近的其他叶子发出警报。在双方(叶子和微生物)都可以接受对方的情况下,“社区”就形成了。
  这片社区并不平静,因为每一位“居民”都有自己特定的生活目的。一些“居民”喜欢搞一下破坏,而大多数的“居民”是非常友好的,它们会想一些办法来护卫“社区”。在叶子上,两种常见类型的细菌——甲基杆菌和鞘氨醇单胞菌,一直在充当“护卫者”的角色。因为一些昆虫很喜欢拜访叶子,比如蝴蝶,它停留一下就飞走了,有意无意间留下1万个微生物。甲基杆菌和鞘氨醇单胞菌会杀死这些“偷渡者”中的一部分,从而抑制寄生者们的生存空间。还有的细菌以另外的方式保卫“社区”,比如荧光假单胞菌Bk3,它能够激活叶子中的“警报基因”,当真菌侵入叶子内部时,“警报基因”就会让叶子封锁细胞壁,建立起一道“防火墙”。当然,叶子本身也在做着筛选和调节,它或者会分泌些有毒的化学物质,或者会发展出蜡状的角质层表面,以抵挡外来入侵的微生物,在长期的进化过程中,始终维持着这片安静和谐的生命绿洲。
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