植物為什麼會落葉？我掐指一算，並不簡單

出品：科普中國

製作：牟福朋

監製：中國科學院計算機網路信息中心

詩人面對秋天落葉的景象，不免要感傷一番。但是筆者最喜歡的是李白的那首："草不謝榮於春風，木不怨落於秋天。誰揮鞭策驅四運，萬物興歇皆自然。"

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落葉

確實，這歲月輪迴的風景，也只有大自然才能夠驅策吧。今天，筆者就來和朋友們聊聊這落葉背後的自然之道。

植物只在秋天落葉嗎？不是，樹葉有兩種落法

葉子對於絕大部分樹木來說，主要功能是生產"食物"。和動物一樣，植物也需要消耗糖類以維持生理功能。只不過動物是靠吃，而植物主要靠陽光來自己製造。所以在生態系統中，植物一般也稱為"生產者"，而動物稱為"消費者"。

這麼重要的器官，怎麼能說丟就丟呢？當然是不得已而為之啦。

第一種情況是，這片葉子死了。

葉子也是生命，也得有個生老病死，或者意外之類的。比如被扯碎啦、被折斷啦、被月光寶盒砸中啦，或者就是老死了也有可能。此時死掉的葉子沒有任何生理功能，只好丟棄。所以即便是常綠樹，也會因為這種情況而落葉。但是常綠樹的落葉是隨時死隨時落，不可能出現所有的葉子一起掉光，所以就不會出現落葉樹（90後）那種全部禿掉的情形。

第二種情況是，樹木生長的環境發生了不好的變化，因此只能選擇落葉。

這些變化包括乾旱、極端的高溫和低溫、病蟲害等。雖然葉子很重要，但是在保命面前還是沒那麼重要。這就好比核電站事故，雖然周邊的很多土地有很多重要工廠和建築，但是為了生命安全，也必須全部遺棄。這就是所謂的"遭受逆境時的主動落葉"。

到了冬天，樹木無法在極低溫度的情況下進行生理活動，所以必須休眠。如果我們想要停止工廠的運轉，只要切斷電力即可。可是葉子這個工廠所使用的"電力"是太陽光，不可能被切斷。因此，就只好通過落葉的方式將他們丟棄了。

落葉不是無情物，未化春泥也護花

落葉離開之後，落在大樹的腳下，通過一系列物理化學作用變成富含營養的腐殖質，重新被根系吸收，這就是所謂落葉歸根。

但是科學家發現，其實，在還沒有落下之前，落葉就已經開始了它的奉獻。而這一切，要從植物的進化過程說起。

數億年前植物的祖先，都是生活在水中的物種。後來地球經歷過了數次冰期，海平面降低，因此植物也不得不"登陸"了。登陸後的植物面臨的最大問題，就是缺水。為了能夠有效利用土壤里那些少得可憐的水，植物長出了根系，把自己固定在土壤里。雖然這樣解決了水的問題，但同時也帶來了新的問題：缺乏氮磷鉀等營養元素。

為什麼呢？

因為水相當於是"可再生資源"，消耗掉之後可以通過降水來補充。但是下雨的時候總不可能下一場氮磷鉀複合肥吧？所以這些物質是"不可再生資源"，消耗完了之後，植物又沒法拔根溜走，只能幹著急。

解決方法無非有兩個，一個開源，一個節流。

怎麼開源？

豬籠草和捕蠅草就是很好的例子。它們是植物界的獵食者，通過變形的葉子來捉昆蟲吃（甚至其他小動物，例如下圖中的豬籠草正在"吃"蒼蠅）。昆蟲含有高蛋白，能夠為植物補充氮元素。這就是植物為了獲得更多氮素而進化出來的極端手法之一。

豬籠草捕食蒼蠅

另外例如豆類植物的根繫上會長有一些叫做根瘤的瘤狀物，那是豆類植物的氮素工廠，在根瘤里，植物把自己的一些糖類分給根瘤菌，根瘤菌作為回報，能夠將空氣中的氮氣轉化為植物可以利用的氮素供給植物。這也是一個植物進行開源的例子。

根瘤菌

怎麼節流？

就是盡量減少廢棄。

前面我們說到，植物在遭受諸如寒冷等的逆境時會主動落葉以求自保。葉子落掉，那麼葉子里含有的營養元素就跟著丟失了。這對於植物來說就是極大的浪費。雖然會變成腐殖質以供來年使用。但是這樣並不十分保險，比如落葉被風吹走或者被動物吃掉等等。所以最好的辦法就是在葉子要落之前，趕緊把裡面能回收的東西全部拆掉回收，儲藏在樹榦裡面，尤其是氮磷鉀等不可再生的物質。所以，落葉的獻身"護花"並非在化作春泥之後才開始，而是在還沒有落之前就已經開始了。

連遺棄的葉子也不放過，植物為何這麼摳門？用一句話來說，就是"窮怕了"。

更有甚者，就拿我們上文提到的根瘤來說，大豆生長到秋天要成熟的時候，由於它自己的生長周期已經快結束了，所以它知道自己不需要那麼多氮素了，於是就切斷根瘤的營養供給，殘忍地餓死為它打工的根瘤菌，把他們的屍體連同根瘤一起拆解吸收，將營養運送到大豆的種子里。

寫到這裡，不禁感嘆植物看似柔弱，卻也是無所不用其極，為了適應自然，真的是什麼都肯做，也做得出來！讓我們真正懂得了"進化"二字。

紅妝：最後的演出

我們知道，秋天落葉之前，落葉樹的葉子會由綠色變成紅色或者黃色。楓樹紅葉也是深秋一道燦爛的風景。這並非是由於馬上要被遺棄隨便染上的顏色，而是植物為它即將拋棄的葉子精心準備的妝容。

在秋天，紫外線未必比夏天弱，這是因為秋天雲層較少，空氣也乾燥，雖然陽光沒那麼毒，但是紫外線被雲層反射和被水吸收的也少。植物雖然依賴陽光生存，但是也是會被紫外線所晒傷。而紅色或者黃色正是植物給自己塗的防晒。

肯定有朋友會問：為什麼葉子在夏天不變色？

這是因為夏天的時候葉子需要充分發揮它的製造養料的功能，如果塗了防晒，就相當於遮蔽了陽光，生產效率就受到了影響。夏天的時候，植物有另一套對抗紫外線的方法，此處就不羅嗦了。

然而到了秋天，植物的葉子逐漸停工，即便不接觸陽光也不要緊，所以就簡單暴力一點，用塗顏色的方法來防晒了。

另外，許多熱帶植物的葉子剛長出來的時候，都是紅色的，因為未成熟的葉子需要防晒。等逐漸成熟了可以工作了，才會褪掉紅色，也是這個道理。

而且，秋天植物在拆解葉子里的可回收物質搬運回樹榦的過程中，會產生很多"裝修垃圾"，這就是自由基。自由基是一種有毒物質。紅葉里的防晒色素也兼有清除自由基的功能，可以防止葉子在沒有拆解完畢之前先被自由基毒死。還有，有的科學家認為，相對於綠色來說，紅色和黃色對食草動物的吸引力較低。植物選擇這兩種顏色，意在告訴食草動物"不要吃我，我不好吃"，以防止自己被吃。

所以，落葉這件小事還真是簡約而不簡單。

冬天要變冷，所以要落葉；而營養元素的不可再生，使得植物在落葉前必須回收葉子中的營養；為了保證這一回收過程的順利完成，植物生產色素來充當防晒。這一切不都是植物為了適應大自然而採取的應對措施嗎？

讀完此文，朋友們一定對開頭的那句"誰揮鞭策驅四運，萬物興歇皆自然"有更深的理解了吧。

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