葉子的奇妙世界
葉子的奇妙世界
葉子，是自然界中最常見之物，在炎炎夏日，每當我們抬起頭來望向窗外，總會看到幾片翠綠的葉子，它們被陽光曬得發亮，洋溢著令人振奮的勃勃生機。
然而，我們並不十分了解葉子。我們很少會意識到，一顆中等個頭的落葉樹就可以擁有多達20萬片葉子，而世界上所有葉子放在一起平鋪開來時的面積可以達到10億平方千米，這幾乎是地球陸地面積的兩倍。如此之多的葉子並不只是一道獨特的景觀，它們也是一種自然現象、一片奇妙的世界。
精緻的「發電廠」
在地球上，「收藏」葉子最多的地方有三處，最大的是北半球溫帶的針葉林帶，它跨越了北美和歐亞大陸，擁有世界上29%的森林，其餘的兩處都在赤道附近，一個是亞馬孫雨林，另一個則是非洲中部的雨林。在葉子的覆蓋下，這些地方成為了地球上最大、最多樣化的生物棲息地。葉子養活了植物，並以此養活了動物，使生物鏈條「開枝散葉」。從這個意義上說，葉子真正是「生命之葉」，它們為世界染上了生命的色彩——綠色。
葉子的綠色來自葉綠素，自從植物的祖先誕生時開始，葉子里就含有這種綠色的分子，它幫助葉子吸收陽光。葉子吸收陽光是為了做兩件事情，首先，用葉綠素捕獲太陽能，然後，把這些能量轉移到葉子的其他部分來製造糖分——葉子的「行為」好像一個微型的「發電廠」。這裡有一個問題，黑色更有利於吸收陽光，但世界上所有健康的葉子幾乎都是綠的，它們為什麼不是黑色的呢？
其實，葉子早已做了精心的部署，像葉綠素這樣吸收光的分子不僅存在於葉子的表面，也散布滲透於葉面之下的多層之間，這樣的分布就給了葉子足夠的機會去抓住每一道光線。即使葉綠素不擅長抓住綠光，這種層狀結構還是捕獲了大約80%的綠光。如果一片樹葉吸收光的能力特彆強，它反而有可能面臨灼傷的危險，所以，「綠色」對於葉子來說是一個不錯的選擇。
另外，葉綠素的「層狀安排」還有一個好處，太陽能被吸收後就已經開始擴散開了，這減少了葉子的運輸壓力，而能量擴散後，葉子才能開始做最重要的事情——「發電」，利用太陽的能量把水和二氧化碳轉化成糖分，這才是葉綠素真正出色的地方。憑藉著精緻的「發電廠」，地球上的綠葉每天製造出4億噸糖，它們的光合作用成為了地球上最重要的自然生產力。
地球的「氣孔」
葉子進行了光合作用，把糖生產出來，直接或者間接地向所有生命提供了必需的養料，而這一過程的廢產物，卻是地球上所有生命的基礎——氧氣。一個人一天大約需要1萬片葉子產生的氧氣，而一顆山毛櫸樹每天可以向大氣中輸入9000升氧氣，足夠5個人的用量。科學家們試圖人工模仿出這一自然界的奇蹟，卻始終無法獲得成功。
葉子不僅向外輸送氧氣，也會輸送水分，因為葉子每天還要做一項重要的任務——蒸騰作用。葉子的蒸騰作用會消耗很多水，樹根吸收的水絕大部分都是通過蒸騰作用而散失到空氣中的。這不僅對形成雨水具有重要意義，對樹來說也有重大的意義，它使樹根產生了吸水的動力，也使樹根吸收的礦物質隨蒸騰液流上升，完成礦物質在大樹體內的運轉。
葉子喜歡和空氣「交流」，葉子上也出現了許多氣孔，時刻不停地和外界進行氣體交換。但大多數情況下，葉子的氣孔並不是「門戶大開」的，它們的大多數常常分布在葉子的背面，或者下陷隱藏在葉面上密生的茸毛後邊。葉子這樣做是為了平衡水分的收支，防止水分過量地蒸騰。但是在熱帶，情況又不太一樣。這裡溫度高、陽光強、水分多，因此葉子不僅大，而且表面相對光滑。這種葉子既可增強水分的蒸發、降低葉面溫度，而且又因葉面光滑，可以使雨滴和污垢迅速滑落，不至於阻塞氣孔。
因此，葉子給地球鋪上一層綠色毯子的同時，也為地球布滿了氣孔。在森林或者草原上，空氣變得潮濕、溫潤，似乎還帶著某種植物的清香，而季節變換時，比如春天來臨，葉子開始發芽，新葉子又使我們「感受到春天的氣息」，這些都是葉子給予地球的獨特味道。
葉子的「小社區」
地球上有數不清的葉子，如果將其中的一片放大，我們就會看到一個熱鬧的「社區」。在每一平方厘米的葉子上，定居著多達1千萬個單細胞生物——細菌、微藻、酵母，外加昆蟲產下的數不清的蟲卵。
這些「居民」如何在葉子上定居下來的呢？其實，沒有任何葉子是絕對光滑的，葉子表面分布著一列列線狀的毛髮以及氣孔。在這些地方，氣體、蛋白質、糖類和油會不時從葉子內部湧出來，它們成為細菌、藻類和酵母們的生活來源。另一方面，葉子流出的油和氣體也可以作為預警信號：如果微生物從葉子的表面感染到內部，油和氣體就會釋放出一些化學信使，向附近的其他葉子發出警報。在雙方（葉子和微生物）都可以接受對方的情況下，「社區」就形成了。
這片社區並不平靜，因為每一位「居民」都有自己特定的生活目的。一些「居民」喜歡搞一下破壞，而大多數的「居民」是非常友好的，它們會想一些辦法來護衛「社區」。在葉子上，兩種常見類型的細菌——甲基桿菌和鞘氨醇單胞菌，一直在充當「護衛者」的角色。因為一些昆蟲很喜歡拜訪葉子，比如蝴蝶，它停留一下就飛走了，有意無意間留下1萬個微生物。甲基桿菌和鞘氨醇單胞菌會殺死這些「偷渡者」中的一部分，從而抑制寄生者們的生存空間。還有的細菌以另外的方式保衛「社區」，比如熒光假單胞菌Bk3，它能夠激活葉子中的「警報基因」，當真菌侵入葉子內部時，「警報基因」這會讓葉子封鎖細胞壁，建立起一道「防火牆」。當然，葉子本身也在做著篩選和調節，它或者會分泌些有毒的化學物質，或者會發展出蠟狀的角質層表面，以抵擋外來入侵的微生物，在長期的進化過程中，始終維持著這片安靜和諧的生命綠洲。
本文源自大科技*科學之謎2016年第1期雜誌文章、歡迎廣大讀者關注我們大科技的微信號：hdkj1997
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