“一沙一世界”是英國詩人布萊克《天真的預(yù)言》中為人傳頌的詩句。而美國亞利桑那州大學（UA）生態(tài)學和進化生物學系的科學家，在實際研究中提出并驗證了“一樹一森林”的觀點，它指的是：通過一棵樹就可以揭示整個森林的“秘密”。

    研究發(fā)現(xiàn)跨物種的樹木盡管在外觀上存在差異，但有著非常相似的架構(gòu)，由此一棵樹便可以揭示整個森林的狀況，特別是通過一棵樹大致可測出整個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)學快報》上。

分枝架構(gòu)蘊含玄機

    亞利桑那州大學生態(tài)學和進化生物學系研究人員發(fā)現(xiàn)，無論樹的種類、形狀如何，只要看一下它的分枝格局，科學家就可以收集到關(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，或者通過葉子的蒸發(fā)失去了多少水分。

    該研究對科學家用于評估樹木如何影響全球生態(tài)系統(tǒng)的模式具有重要的啟示，可使科學家改進用于評估和預(yù)測整個森林的模型。

    研究帶頭人麗莎?帕特里克?本特利表示，這是第一個以實證檢驗了1998年由UA生態(tài)學教授布賴恩?恩基斯特幫助發(fā)展起來的預(yù)測。他的理論認為，通過分析樹的分枝結(jié)構(gòu)，特別是其寬度和長度，可以預(yù)測出其與環(huán)境有關(guān)的整體大小、獨立物種之間交換了多少碳和水分。

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

測試驗證了預(yù)測

    在實際研究中，本特利帶領(lǐng)其團隊測試了以上預(yù)測，對象為5種不同的樹種：楓樹、橡樹、輕木、黃松和矮松。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該理論是正確的，因為它允許基于樹木的大小預(yù)測樹的功能，并且這個理論的原則適用于跨品種，盡管它們在外觀上存在差異。

    研究人員還在森林地區(qū)收集了9個試樣，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隊解剖樹木到最后的枝杈，計數(shù)枝杈的數(shù)目、分支點或節(jié)點，并且測量了每個分支的長度和直徑。

    本特利說：“樹木的大小和分枝的形狀之間有一定的關(guān)系。它們在比例內(nèi)成長。例如，一棵松樹具有一般的圓錐內(nèi)圈形狀，而橡樹看起來更像一個倒置的錐體。在你認為樹木有許多不同的形狀時，相當令人驚訝的是，你會發(fā)現(xiàn)這些不同外形的樹木之間具有相關(guān)性?！?/span>

證實達芬奇的想法

    有趣的是，這項工作還證實了文藝復(fù)興時期博才多學的萊昂納多?達芬奇曾提出的一個想法——“如果想像將所有樹最外側(cè)的分枝放入一個圓筒內(nèi)，那么該圓筒就是樹干的大小”。根據(jù)達芬奇的規(guī)則，大樹主干的橫截面積等于分枝樹干的橫截面積之和。而實驗表明，實際樹木的分枝模式比理論預(yù)測的更加多樣化和復(fù)雜化。

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

    “當經(jīng)驗理論被測試后，我們得出的結(jié)論是，一般來說，該理論是行之有效的，但在某些方面需要進行修改，包括非對稱的分枝，以納入更多物種之間的變化?！北咎乩f。

    這個理論可以應(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：“如果你想知道整個森林有多少碳排放，我們的研究可支持這個想法，你只要觀察幾棵樹的性能，其中分別代表最小和最大的量，便可大致弄清楚了。”