柱状南洋杉常会斜着长，并且无论是朝南还是朝北，其倾斜方向总是对准赤道！研究人员正试图弄清其中的原因……
美国植物学家杰森·约翰斯（Jason Johns）在帮同事这个小忙时并没有期待过能有什么惊喜的发现。他的任务是给美国加利福尼亚州公路沿线的花草树木分类。总之，是一项单调乏味的例行工作。
然而当约翰斯登记柱状南洋杉（Araucaria columnaris）的资料时，他发现了一个奇怪的现象：大多数样本都倔强地斜着长，并且树尖皆指向南方。
当然，个别树木形态怪异时有发生，譬如空间有限或光照不足时。但这些多是个例。通常情况下，树木都应该是笔直生长，且树尖指向天空。加州的柱状南洋杉打破了这一规律，但也有可能仅仅是地区性异象。
为了一查究竟，约翰斯请澳大利亚的植物学同僚去观察同样的现象是否也发生在当地的柱状南洋杉身上。结果惊人：澳大利亚的柱状南洋杉同样喜欢斜着长，然而倾斜方向与美国的柱状南洋杉正相反，全都向北！于是杰森·约翰斯开始在全球追踪柱状南洋杉的情况。
从美国到智利，再到澳大利亚，他调查了5个大洲超过250株柱状南洋杉。结果发现，生长在北半球的南洋杉均向南方倾斜，而生长在南半球的就向北方倾斜。
粗略地说，无论这些树长在地球的哪个角落，它们都趋于向赤道倾斜。“这种现象在南洋杉属中也是独一无二的，”约翰斯兴奋地说，“我们在其他种类的树上从未观察到过此类状况。同时，它又过于显眼且有规律，无法归为偶然事件。”
神秘力量的召唤
更令人惊讶的是，这些树离赤道越远，倾斜得就越厉害！植物学家的测量数据显示,平均倾斜水平约在8°（著名的比萨斜塔不超过5°）。然而澳大利亚南部有一例样本倾斜角度高达40°！仿佛所有这些树都在响应一种无法抗拒的神秘力量。
那又是什么力量呢？风的力量吗？毕竟，信风在赤道两边的方向不同。又或许是地磁场像吸引磁铁一样吸引了这些树？地磁效应也是越接近两极越强。
而研究人员目前采纳的而研究人员目前采纳的假说听起来没有那么不可思议。他们认为，这些树实际上是朝向太阳光轴。
因为，在地球的不同位置，太阳在天空中的位置也是不同的。“当太阳在天顶时，只有赤道上的阳光是垂直照射的。”物理学家史蒂芬·杜阿迪（Stéphane Douady）解释道，“其他地方的光照多少都会有些倾斜。在北半球，阳光自南侧斜射过来，在南半球，阳光则是来自北面……而且离赤道越远，太阳光轴和地表垂线夹角越大。”这完全符合柱状南洋杉的生长形态！
所以说，这些树是顺着阳光倾斜的……确实，这听上去合情合理。
大多数的植物其实都有这样的自然习性。试着在窗户前放一盆花，几天后你会发觉花的茎、叶和嫩芽都朝着窗玻璃而长。如若转一下花盆，你的花会重新调整方向以最大限度地吸收太阳光。我们称之为植物的向光性。
“该现象源于一种特殊的分子：生长素。”约翰斯详释道，“这是一种由茎尖端的芽所产生的植物生长激素。当生长素接触茎细胞时，就会‘发令’使细胞沿纵向生长。
这对所有植物来说都是发育中不可或缺的关键一步。”而生长素对光线十分敏感，当阳光照射到芽尖上，生长素会迁移到光照较少的那一面上。
结果是，昏暗的那一面会比光照充足的一面有更多的生长素。这也就是说受到光照较少的一面将会比其他部分生长更快。正是这种不平衡使得植物向光源方向倾斜。
树固有一斜
但是等一等……如果向光性使植物趋于斜着长，那不应该是所有的树都向赤道倾斜，而不是只有柱状南洋杉吗？“其实这只适用于尚柔软的嫩芽，”史蒂芬·杜阿迪回答说，“一旦开始产生木质结构，它们就会利用这一坚硬的材料来矫正弯曲的部分并形成笔直的树干。
原因在于，如果继续斜着长，它们就可能因为树枝的重量而倒塌。”这里需要引入另一种在此阶段起决定作用的机制：向地性。
尽管对其运作机制仍知之甚少，但可以肯定这种现象是基于树木寻找地心方位的能力。它们于是朝着反方向生长，从而削弱了向光性的作用。
这一切又把我们带回到了最初的那个问题：为什么柱状南洋杉会保持倾斜呢 ？很有可能是在演化的过程中，它的某个基因发生了突变，从而或是令向光性作用变得过强，或是削弱了向地性作用。
反常的祖先
最初，只是某个个体意外产生了这一突变，并可能就此遗传给了后代。但它是怎么蔓延到成为该树种普遍特征的地步呢？
理论上，这样倾斜的形态是相当弱势的……因为这些杉树相比于垂直生长的树需要更大的空间以避免侵占邻居的地盘。何况为了维持如此倾斜的姿态，它们还需要高度发达的根部，从而在土壤中也需要大量空间。
但是柱状南洋杉的生长环境帮助它规避了一大演化法则：自然选择。在大自然中，各物种间为了生存而互斗的情况时有发生。只有最适应环境的才能将自己的基因遗传给下一代。
而若是有基因突变，就会出现两种可能：突变涉及的个体不是竞争力变弱从而被淘汰（突变基因一同被抹杀），就是变得更具竞争力从而更容易存活下来（突变基因于是被其所有后代继承）。
“柱状南洋杉本是新喀里多尼亚的特有种，于1774年被英国探险家詹姆斯·库克发现。”杰森·约翰斯讲述道，“作为困在与世隔绝的海岛上的小种群度过了漫长的演化，它们很可能没遇到过多少竞争。而由于种群规模很小，基因融合很快，方便了突变基因的扩散。”
四散传播
直到18世纪被发现后，它们才被带到了世界各地。而如今这些斜着长的个体都是当年那个“反常”种群的后代。
显然，在欧洲或美洲的森林里，当自然选择重新发挥作用时，柱状南洋杉想要找到生存空间简直异想天开，甚至最后只有走向灭绝一途。而幸运的是，柱状南洋杉常被当作路旁的装饰树。它们因此能得到所需的充足空间且依然罕有竞争。
而柱状南洋杉弯曲的形态也可能不是纯粹出于意外。事实上，其树枝特别短而紧凑，树叶不仅细小还相互黏连。
“如果这种杉树像其他树一样垂直生长，顶端的分枝会大幅遮挡住下面的叶片，”史蒂芬·杜阿迪指出，“使树干本身倾斜也不失为一种最大程度暴露树枝于阳光下的好方法。”无论如何，柱状南洋杉独特的外形特征对科学家而言是毋庸置疑的意外收获。
通过分析这种异常以及鉴定何种基因导致了柱状南洋杉倾斜，杰森·约翰斯期盼着能了解树是如何“知晓”笔直生长的。“很多时候，在科学领域，能帮助我们了解常例的正是特例研究。”
撰文 Titouan Corlet
编译 陈天涵
《新发现(2018年第7期)》【摘要 书评 试读】- 京东图书
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：新发现
【知乎日报】千万用户的选择，做朋友圈里的新鲜事分享大牛。
点击下载