植物为什么会落叶？我掐指一算，并不简单

　　出品：科普中国

　　制作：牟福朋

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心　　 

　　诗人面对秋天落叶的景象，不免要感伤一番。但是笔者最喜欢的是李白的那首：“草不谢荣于春风，木不怨落于秋天。谁挥鞭策驱四运，万物兴歇皆自然。”　 

　　确实，这岁月轮回的风景，也只有大自然才能够驱策吧。今天，笔者就来和朋友们聊聊这落叶背后的自然之道。　　 

　　植物只在秋天落叶吗？不是，树叶有两种落法

　　叶子对于绝大部分树木来说，主要功能是生产“食物”。和动物一样，植物也需要消耗糖类以维持生理功能。只不过动物是靠吃，而植物主要靠阳光来自己制造。所以在生态系统中，植物一般也称为“生产者”，而动物称为“消费者”。

　　这么重要的器官，怎么能说丢就丢呢？当然是不得已而为之啦。

　　第一种情况是，这片叶子死了。

　　叶子也是生命，也得有个生老病死，或者意外之类的。比如被扯碎啦、被折断啦、被月光宝盒砸中啦，或者就是老死了也有可能。此时死掉的叶子没有任何生理功能，只好丢弃。所以即便是常绿树，也会因为这种情况而落叶。但是常绿树的落叶是随时死随时落，不可能出现所有的叶子一起掉光，所以就不会出现落叶树（90后）那种全部秃掉的情形。

　　第二种情况是，树木生长的环境发生了不好的变化，因此只能选择落叶。

　　这些变化包括干旱、极端的高温和低温、病虫害等。虽然叶子很重要，但是在保命面前还是没那么重要。这就好比核电站事故，虽然周边的很多土地有很多重要工厂和建筑，但是为了生命安全，也必须全部遗弃。这就是所谓的“遭受逆境时的主动落叶”。

　　到了冬天，树木无法在极低温度的情况下进行生理活动，所以必须休眠。如果我们想要停止工厂的运转，只要切断电力即可。可是叶子这个工厂所使用的“电力”是太阳光，不可能被切断。因此，就只好通过落叶的方式将他们丢弃了。

　　来源：牟福朋　 

　　落叶不是无情物，未化春泥也护花

　　落叶离开之后，落在大树的脚下，通过一系列物理化学作用变成富含营养的腐殖质，重新被根系吸收，这就是所谓落叶归根。

　　但是科学家发现，其实，在还没有落下之前，落叶就已经开始了它的奉献。而这一切，要从植物的进化过程说起。

　　数亿年前植物的祖先，都是生活在水中的物种。后来地球经历过了数次冰期，海平面降低，因此植物也不得不“登陆”了。登陆后的植物面临的最大问题，就是缺水。为了能够有效利用土壤里那些少得可怜的水，植物长出了根系，把自己固定在土壤里。虽然这样解决了水的问题，但同时也带来了新的问题：缺乏氮磷钾等营养元素。

　　为什么呢？

　　因为水相当于是“可再生资源”，消耗掉之后可以通过降水来补充。但是下雨的时候总不可能下一场氮磷钾复合肥吧？所以这些物质是“不可再生资源”，消耗完了之后，植物又没法拔根溜走，只能干着急。

　　来源：牟福朋

　　解决方法无非有两个，一个开源，一个节流。

　　怎么开源？

　　猪笼草和捕蝇草就是很好的例子。它们是植物界的猎食者，通过变形的叶子来捉昆虫吃（甚至其他小动物，例如下图中的猪笼草正在“吃”苍蝇）。昆虫含有高蛋白，能够为植物补充氮元素。这就是植物为了获得更多氮素而进化出来的极端手法之一。

　　猪笼草捕食苍蝇（来源：维基百科）

　　另外例如豆类植物的根系上会长有一些叫做根瘤的瘤状物，那是豆类植物的氮素工厂，在根瘤里，植物把自己的一些糖类分给根瘤菌，根瘤菌作为回报，能够将空气中的氮气转化为植物可以利用的氮素供给植物。这也是一个植物进行开源的例子。　

　　怎么节流？

　　就是尽量减少废弃。

　　前面我们说到，植物在遭受诸如寒冷等的逆境时会主动落叶以求自保。叶子落掉，那么叶子里含有的营养元素就跟着丢失了。这对于植物来说就是极大的浪费。虽然会变成腐殖质以供来年使用。但是这样并不十分保险，比如落叶被风吹走或者被动物吃掉等等。所以最好的办法就是在叶子要落之前，赶紧把里面能回收的东西全部拆掉回收，储藏在树干里面，尤其是氮磷钾等不可再生的物质。所以，落叶的献身“护花”并非在化作春泥之后才开始，而是在还没有落之前就已经开始了。

　　连遗弃的叶子也不放过，植物为何这么抠门？用一句话来说，就是“穷怕了”。

　　更有甚者，就拿我们上文提到的根瘤来说，大豆生长到秋天要成熟的时候，由于它自己的生长周期已经快结束了，所以它知道自己不需要那么多氮素了，于是就切断根瘤的营养供给，残忍地饿死为它打工的根瘤菌，把他们的尸体连同根瘤一起拆解吸收，将营养运送到大豆的种子里。

　　写到这里，不禁感叹植物看似柔弱，却也是无所不用其极，为了适应自然，真的是什么都肯做，也做得出来！让我们真正懂得了“进化”二字。　　 

　　红妆：最后的演出

　　我们知道，秋天落叶之前，落叶树的叶子会由绿色变成红色或者黄色。枫树红叶也是深秋一道灿烂的风景。这并非是由于马上要被遗弃随便染上的颜色，而是植物为它即将抛弃的叶子精心准备的妆容。

　　在秋天，紫外线未必比夏天弱，这是因为秋天云层较少，空气也干燥，虽然阳光没那么毒，但是紫外线被云层反射和被水吸收的也少。植物虽然依赖阳光生存，但是也是会被紫外线所晒伤。而红色或者黄色正是植物给自己涂的防晒。

　　肯定有朋友会问：为什么叶子在夏天不变色？

　　这是因为夏天的时候叶子需要充分发挥它的制造养料的功能，如果涂了防晒，就相当于遮蔽了阳光，生产效率就受到了影响。夏天的时候，植物有另一套对抗紫外线的方法，此处就不罗嗦了。

　　然而到了秋天，植物的叶子逐渐停工，即便不接触阳光也不要紧，所以就简单暴力一点，用涂颜色的方法来防晒了。

　　另外，许多热带植物的叶子刚长出来的时候，都是红色的，因为未成熟的叶子需要防晒。等逐渐成熟了可以工作了，才会褪掉红色，也是这个道理。

　　而且，秋天植物在拆解叶子里的可回收物质搬运回树干的过程中，会产生很多“装修垃圾”，这就是自由基。自由基是一种有毒物质。红叶里的防晒色素也兼有清除自由基的功能，可以防止叶子在没有拆解完毕之前先被自由基毒死。还有，有的科学家认为，相对于绿色来说，红色和黄色对食草动物的吸引力较低。植物选择这两种颜色，意在告诉食草动物“不要吃我，我不好吃”，以防止自己被吃。　　 

　　所以，落叶这件小事还真是简约而不简单。

　　冬天要变冷，所以要落叶；而营养元素的不可再生，使得植物在落叶前必须回收叶子中的营养；为了保证这一回收过程的顺利完成，植物生产色素来充当防晒。这一切不都是植物为了适应大自然而采取的应对措施吗？

　　读完此文，朋友们一定对开头的那句“谁挥鞭策驱四运，万物兴歇皆自然”有更深的理解了吧。　 

　　（本文中标明来源的图片均已获得授权）