“一沙一世界”是英國(guó)詩(shī)人布萊克《天真的預(yù)言》中為人傳頌的詩(shī)句。而美國(guó)亞利桑那州大學(xué)（UA）生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)系的科學(xué)家，在實(shí)際研究中提出并驗(yàn)證了“一樹(shù)一森林”的觀點(diǎn)，它指的是：通過(guò)一棵樹(shù)就可以揭示整個(gè)森林的“秘密”。

    研究發(fā)現(xiàn)跨物種的樹(shù)木盡管在外觀上存在差異，但有著非常相似的架構(gòu)，由此一棵樹(shù)便可以揭示整個(gè)森林的狀況，特別是通過(guò)一棵樹(shù)大致可測(cè)出整個(gè)森林與大氣交換了多少二氧化碳。該研究結(jié)果發(fā)表在最新一期的《生態(tài)學(xué)快報(bào)》上。

分枝架構(gòu)蘊(yùn)含玄機(jī)

    亞利桑那州大學(xué)生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)系研究人員發(fā)現(xiàn)，無(wú)論樹(shù)的種類、形狀如何，只要看一下它的分枝格局，科學(xué)家就可以收集到關(guān)于它與周圍環(huán)境關(guān)系的信息，比如其與大氣交換了多少二氧化碳，或者通過(guò)葉子的蒸發(fā)失去了多少水分。

    該研究對(duì)科學(xué)家用于評(píng)估樹(shù)木如何影響全球生態(tài)系統(tǒng)的模式具有重要的啟示，可使科學(xué)家改進(jìn)用于評(píng)估和預(yù)測(cè)整個(gè)森林的模型。

    研究帶頭人麗莎?帕特里克?本特利表示，這是第一個(gè)以實(shí)證檢驗(yàn)了1998年由UA生態(tài)學(xué)教授布賴恩?恩基斯特幫助發(fā)展起來(lái)的預(yù)測(cè)。他的理論認(rèn)為，通過(guò)分析樹(shù)的分枝結(jié)構(gòu)，特別是其寬度和長(zhǎng)度，可以預(yù)測(cè)出其與環(huán)境有關(guān)的整體大小、獨(dú)立物種之間交換了多少碳和水分。

    研究發(fā)現(xiàn)，所有樹(shù)種有非常相似的分枝格局，不管其在外觀上有何差異。例如，即使矮松看起來(lái)非常不同于楓樹(shù)，也有類似的生態(tài)、生物和物理的原則，導(dǎo)致了這些物種進(jìn)化過(guò)程中類似的分枝架構(gòu)。

測(cè)試驗(yàn)證了預(yù)測(cè)

    在實(shí)際研究中，本特利帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)測(cè)試了以上預(yù)測(cè)，對(duì)象為5種不同的樹(shù)種：楓樹(shù)、橡樹(shù)、輕木、黃松和矮松。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該理論是正確的，因?yàn)樗试S基于樹(shù)木的大小預(yù)測(cè)樹(shù)的功能，并且這個(gè)理論的原則適用于跨品種，盡管它們?cè)谕庥^上存在差異。

    研究人員還在森林地區(qū)收集了9個(gè)試樣，作為用于研究目的的預(yù)留。由本科和研究生組成的研究團(tuán)隊(duì)解剖樹(shù)木到最后的枝杈，計(jì)數(shù)枝杈的數(shù)目、分支點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)，并且測(cè)量了每個(gè)分支的長(zhǎng)度和直徑。

    本特利說(shuō)：“樹(shù)木的大小和分枝的形狀之間有一定的關(guān)系。它們?cè)诒壤齼?nèi)成長(zhǎng)。例如，一棵松樹(shù)具有一般的圓錐內(nèi)圈形狀，而橡樹(shù)看起來(lái)更像一個(gè)倒置的錐體。在你認(rèn)為樹(shù)木有許多不同的形狀時(shí)，相當(dāng)令人驚訝的是，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些不同外形的樹(shù)木之間具有相關(guān)性?！?/span>

證實(shí)達(dá)芬奇的想法

    有趣的是，這項(xiàng)工作還證實(shí)了文藝復(fù)興時(shí)期博才多學(xué)的萊昂納多?達(dá)芬奇曾提出的一個(gè)想法——“如果想像將所有樹(shù)最外側(cè)的分枝放入一個(gè)圓筒內(nèi)，那么該圓筒就是樹(shù)干的大小”。根據(jù)達(dá)芬奇的規(guī)則，大樹(shù)主干的橫截面積等于分枝樹(shù)干的橫截面積之和。而實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際樹(shù)木的分枝模式比理論預(yù)測(cè)的更加多樣化和復(fù)雜化。

    本特利說(shuō)：“這個(gè)理論假設(shè)的分枝模式基于碎形，即相同完美對(duì)稱的、重復(fù)一遍又一遍的“Y”分枝格局，但樹(shù)木不像這個(gè)樣子。如果仔細(xì)觀察屬于同一物種而高度相同的兩棵樹(shù)，會(huì)看到更多的變化：一個(gè)分枝跳轉(zhuǎn)兩次，但其“姊妹”可能會(huì)分枝三次或四次?！?/span>

    “當(dāng)經(jīng)驗(yàn)理論被測(cè)試后，我們得出的結(jié)論是，一般來(lái)說(shuō)，該理論是行之有效的，但在某些方面需要進(jìn)行修改，包括非對(duì)稱的分枝，以納入更多物種之間的變化?！北咎乩f(shuō)。

    這個(gè)理論可以應(yīng)用于一定規(guī)模植物的功能，如光合作用的數(shù)量、失水量和呼吸量。本特利解釋道：“如果你想知道整個(gè)森林有多少碳排放，我們的研究可支持這個(gè)想法，你只要觀察幾棵樹(shù)的性能，其中分別代表最小和最大的量，便可大致弄清楚了?！?/span>