如果非要做一些描述,我们可能会认为树很长寿,是木制的,很高...
许多植物的寿命是可以预测的,它们遵循科学家所说的“程序衰老”的生命过程。但树不是,许多树可以存活数百年。事实上,无限生长的特征可能是对树木的科学最准确的定义,甚至超过了木材的特征。但这只能在一定程度上帮助我们确定什么是树。
虽然我们认为我们知道树是什么,但当我们试图明确定义它时,所有的单词都悄悄地从我们的脑海中溜走了。
长寿的树
树不能聚集成一个明确的群体,它们有多种谱系,在漫长的进化历史中,它们采取了多种策略来成长为今天的样子。以树的长寿为例,一个经典的例子是一棵5067岁的狐尾松,生长在美国加州白山山脉。这棵高大的树是目前长寿记录的保持者。当古埃及的第一座金字塔建成时,它已经500岁左右了。科学家推测,强大的狐尾松之所以有如此耐久性,很大程度上是因为它们的地理位置:它们避免了横扫低海拔地区的火灾;害虫也远离它们,因为它们无法忍受亚高山带的恶劣地形。
巨大的红杉生长在离狐尾松海拔不远的地方,树干可以超过10米宽。它们也可以存活数千年,但它们采用了一种完全不同的长寿方式:使用厚而耐腐蚀的树皮和大量的内驱化合物来抵抗火灾和病虫害。
在东约650公里处,有一棵细长的树,比巨大的狐尾松和红杉长得更长,但它们采取了另一种策略。颤杨是一种你很容易被包围的树,它们的高度很少超过15米。此外,它们还擅长从树的底部长出新芽,从而形成巨大的“树群”。事实上,它们是由具有相同基因的个体在地下相互连接的。一个颤杨树群落在美国犹他州已有大约8万年的历史,当时尼安德特人还在地球上繁衍生息。
灌木也长寿
无性繁殖一旦加入,树木很快就会失去长寿的主导地位。金氏山龙眼原产于澳大利亚塔斯马尼亚岛,是一种闪亮的绿色灌木。灌木不是树,因为它们没有中心主茎。世界上只有一种金山龙眼。虽然它们偶尔开花,但没有人见过它们的果实。因此,科学家们认为它们是完全无性繁殖的。根据最近的放射性碳定年法,金氏山龙眼至少有4.3万年的历史。
此外,在加州的莫哈韦沙漠中,有一种石炭酸灌木被称为“克隆之王”,估计年龄为11700岁。从这个角度来看,要找到一个统一的特征来决定树为什么是树,长寿是不令人满意的。
树木的木质特征
Andreww,美国林务局太平洋西南研究站的遗传学家 Grover花了很多时间研究树木,他很快意识到树木的定义是有问题的。《植物科学趋势》于2015年发表(Trends in plant Science)在一篇文章中,Grover写道:“参观你最喜欢的苗圃,你会发现人们会根据植物的形状和功能对它们进行分类,其中一组分为‘树’。但是什么基因让树变成了树呢?这种分类方法直观实用,但过于人为而不自然。”
Groover采用树木的特性,这一定是树木的典型特性。“真正的”树木通过二次生长制作木材,使树木在生长的同时变得强壮。二次生长是从茎周围的特殊细胞圈中产生的。这些细胞被称为维管形成层。它们向两个方向分裂:树皮产生于树的外缘;木质部分产生于树的中心。
年复一年,这些木质部逐渐沉积在新的内部生长圈中,与纤维素和一种叫做木质素的长硬聚合物混合在一起。在细胞硬化后,大多数木质细胞被杀死并移除,最终只留下硬细胞壁。
在今天存在于地球上的植物中,次生生长可能有一个单一的进化起源,尽管大约3亿年前发明了自己的版本的小石松和木贼。例如,在石松中灭绝的鳞木属可以长到30米高。然而,二次生长不会自动产生树木的特征:虽然它有一个单一的起源,但木材的特征仍然会出现在整个植物谱系树木中;它会再次出现在木材特征消失的植物中。
植物占领岛屿后,木材的特征似乎进化得很快。例如,夏威夷岛上有木紫罗兰,加那利群岛上有蒲公英树。
木材的概念实际上非常灵活,这掩盖了它们的字面绝对性。想想鼠尾草和薰衣草的硬茎,我们会发现这不是或没有木结构的问题,而是程度的问题。2010年,Grover和他的同事在一篇关于《新植物学家》的评论文章中写道:“非木草本植物和大型木本树可以被视为连续体的两端,特定植物的木材程度会受到环境条件的影响。...事实上,虽然“草本”和“木本”这两个术语很实用,但它们无法区分这些类别中大量植物木材的差异以及它们在解剖结构上的巨大差异。”
至于为什么制造木材的能力在植物进化过程中被保留并频繁重现,分子生物学可以提供一些洞察力。无论是对于树木还是非树木植物,参与调节幼芽生长的基因在其初级生长过程中也非常活跃。这表明,这些已经存在于初级生长过程中的基因,在木材进化过程中已经转向了新的角色。这可能解释了为什么制造木材的能力从进化的角度保留在非木本植物中,为什么恢复这种能力相对容易。
也就是说,植物成为一棵树不需要木结构。在失去次生长能力的单子叶植物中,有些成员不是“真正的”树,但它们看起来真的像树。例如,香蕉植物可以长到3米高。它们看起来像树干。事实上,它们是由一堆紧密包裹和重叠的叶鞘组成的“假茎”。真正的茎只有在开花时才会出现,它们会自行从叶鞘中伸出。棕榈科植物也是单子叶植物。它们可以通过伸展顶部有巨大芽的粗枝而不断生长,但它们的茎不会随着生长而变厚。
基因
不仅长寿和木结构不能清楚地告诉我们什么是树,而且很难告诉我们树的决定性特征是什么。自2006年以来,遗传学家David Neale和同事们仔细研究了41个植物基因组的测序结果。他们发现,与生产非食用水果的树木相比,生产可食用水果的树木有大量的糖基因来制造和运输;然而,葡萄属于木藤和番茄属于草本植物。
此外,云杉、苹果和一些桉树都有抗旱、寒冷等环境压力的扩展基因;但许多草本植物也是如此,如菠菜和拟南芥末,但它们根本不像树。
到目前为止,我们还没有发现一些突出的基因或基因组可以赋予植物树的特征。树与复杂性有关吗?不是。全基因组复制常用作复杂性表征,在整个植物界中很常见。它与基因组的大小有关吗?也不是。最大的植物基因组来自衣帽草,最小的植物基因组来自螺旋狸藻。它们都是草本植物。前者是华丽的白色小花草本植物,后者是以原生动物为食的小食肉植物。
Neale认为,树的特征可能比开放的基因更相关。”从基因组的角度来看,树和草本植物基本上有相同的物质。树很大,它们是木制的,可以把水从地面运到高处。但似乎没有深刻而独特的生物学原理来区分树和草本植物。”
虽然很难定义什么是树,但树有一些不可否认的优势——它允许植物利用高空间,它们可以吸收阳光,传播花粉和种子,而不是停留在地上的植物。因此,也许是时候开始考虑“树”作为动词而不是名词了,这意味着“树”或“树”。这是一种策略,一种生存方式,就像游泳或飞行一样,尽管在我们看来,“作为一棵树”的动作非常缓慢。在斧头、害虫或闪电到来之前,树生生不息。
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