什么是植物的生存防御战?

如题所述

为了生存,植物在长期的进化过程中也逐渐具备了防御敌害的本领,这些技术各有其独特之处,下面我们就来见识一下它们的防御战吧。

植物物理防卫包括尖刺、荆棘和皮刺这样的武器。这些结构改变了叶片或者树枝形态,阻止大型动物的践踏掠食。厚厚的表皮蜡脂层或者叶和茎上的密集坚硬的绒毛可以逐退较小的动物,特别是昆虫。一些植物,包括一些草本植物,其叶片上积聚了坚硬的硅矿物质,使得动物咀嚼叶片的时候非常困难,并且容易磨损牙齿。

植物还可以使用多种多样的化学防卫措施——“生化武器”。柑橘树的叶片和果实产生的黏稠油脂有浓重味道,许多昆虫都被熏得避之唯恐不及。还有许多这样的植物含有令人不愉快的味道或有毒的化合物,例如:龙葵、毛地黄、紫杉和许多杂草。

昆虫能对植物产生的化合物快速形成免疫能力。某些种类的昆虫逐渐生成了一种降解植物产生有毒化合物的方法,面对昆虫的对策,植物通过变换已有的化合物,不断地发展新化合物。一些科学家把这个过程描述为植物和素食动物之间的生物学“军备竞赛”。

有时候,这种“军备竞赛”可构造出一种独特的关系链。例如:乳草科植物的乳状树液含有有毒化合物,多数昆虫不敢食用它,但是王蝶的幼虫能够吃乳草植物,并把毒物储存在它们的身体中。毒物使王蝶味道欠佳,王蝶又因此逃避了许多食肉动物的攻击。

通过互利共生的关系,某些植物种类得到动物天敌的保护。在这种关系里,植物为特别类群的昆虫提供专门的食物。反过来,这种昆虫保护植物免遭其他动物的危害。植物和昆虫互利共生的典型例子是蚂蚁和洋槐之间的相互关系。蚂蚁居住在洋槐树上的刺洞中,洋槐树叶片分泌蔗糖溶液供蚂蚁饮食。作为回报,蚂蚁将每个树周围的地面清扫干净,并且攻击进入清扫区域或降落在洋槐树上的其他任何动物。

通过调节适时开花和提高果实产量,许多植物尽力确保种子的生存。有的植物开花和结果的时期很早,那时昆虫种类少,危害能力也不大。有的植物一次产生大量种子,动物不可能全部吃掉。例如:橡树每隔几年就产生大量的橡子,松鼠等动物靠吃不完的橡子存活下来。而接下来的几年里,橡树就不再生产这么多橡子,从而防止动物依赖橡子为食。

人类很早就从植物中看到了数学特征:花瓣对称地排列在花托边缘,整个花朵几乎完美无缺地呈现出辐射对称形状,叶子沿着植物茎秆相互叠起,有些植物的种子是圆的,有些是刺状,有些则是轻巧的伞状……所有这一切向我们展示了许多美丽的数学模式。

创立坐标法的著名数学家笛卡尔,根据他所研究的一簇花瓣和叶形曲线特征,列出了x3+y3-3axy=0的方程式,这就是现代数学中有名的“笛卡尔叶线”(或者叫“叶形线”),数学家还为它取了一个诗意的名字——茉莉花瓣曲线。

后来,科学家又发现,植物的花瓣、萼片、果实的数目以及其他方面的特征,都非常吻合于一个奇特的数列——著名的斐波那契数列:1、2、3、5、8、13、21、34、55、89……其中,从3开始,每一个数字都是前二项之和。

向日葵种子的排列方式,就是一种典型的数学模式。仔细观察向日葵花盘,你会发现两组螺旋线,一组顺时针方向盘绕,另一组则逆时针方向盘绕,并且彼此相嵌。虽然不同的向日葵品种中,种子顺、逆时针方向和螺旋线的数量有所不同,但往往不会超出34和55、55和89或者89和144这三组数字,这每组数字都是斐波那契数列中相邻的两个数。前一个数字是顺时针盘绕的线数,后一个数字是逆时针盘绕的线数。

雏菊的花盘也有类似的数学模式,只不过数字略小一些。菠萝果实上的菱形鳞片,一行行排列起来,8行向左倾斜,13行向右倾斜。挪威云杉的球果在一个方向上有3行鳞片,在另一个方向上有5行鳞片。常见的落叶松是一种针叶树,其松果上的鳞片在两个方向上各排成5行和8行,美国松的松果鳞片则在两个方向上各排成3行和5行……

如果是遗传决定了花朵的花瓣数和松果的鳞片数,那么为什么斐波那契数列会与此如此的巧合?这也是植物在大自然中长期适应和进化的结果。因为植物所显示的数学特征是植物生长在动态过程中必然会产生的结果,它受到数学规律的严格约束,换句话说,植物离不开斐波那契数列,就像盐的晶体必然具有立方体的形状一样。由于该数列中的数值越靠后越大,因此两个相邻的数字之商将越来越接近0.618034这个值。例如34/55=0.6182,已经与之接近,这个比值的准确极限是“黄金数”。

数学中,还有一个称为黄金角的数值是137.5°,这是圆的黄金分割的张角,更精确的值应该是137.50776°。与黄金数一样,黄金角同样受到植物的青睐。

车前草是西安地区常见的一种小草,它那轮生的叶片间的夹角正好是137.51°,按照这一角度排列的叶片,能很好地镶嵌而又互不重叠,这是植物采光面积最大的排列方式,每片叶子都可以最大限度地获得阳光,从而有效地提高植物光合作用的效率。建筑师们参照车前草叶片排列的数学模型,设计出了新颖的螺旋式高楼,最佳的采光效果使得高楼的每个房间都很明亮。1979年,英国科学家沃格尔用大小相同的许多圆点代表向日葵花盘中的种子,根据斐波那契数列的规则,尽可能紧密地将这些圆点挤压在一起,他用计算机模拟向日葵的结果显示,若发散角小于137.5°,那么花盘上就会出现间隙,且只能看到一组螺旋线;若发散角大于137.5°,花盘上也会出现间隙,而此时又会看到另一组螺旋线,只有当发散角等于黄金角时,花盘上才呈现彼此紧密镶合的两组螺旋线。

所以,向日葵等植物在生长过程中,只有选择这种数学模式,花盘上种子的分布才最为有效,花盘也变得最坚固壮实,产生后代的几率也最高。
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