为了争夺有限的阳光与水分,植物不得不在数亿年前就踏上了向极寒地带进发的征程。在与寒冷的一次次交锋中,植物为了“保住小命”,掌握了一系列有趣且实用的“耐寒绝招”。
1、全能选手:雪莲花
图源:百度百科
耐寒绝招:卷曲的叶缘起到“防寒服”的作用, 半透明的苞叶既保暖又增温,同时具有抗冻基因蛋白。
高山极地环境早晚温差大,土壤极少且瘠薄,冬季漫长而寒冷,并随时伴有冰雹、霜冻、暴雪、大风等极端天气,但每年的7月到9月,在这片“生命禁区”里,耐寒全能选手雪莲花(Saussurea involucrata)依然会绽放出美丽的花朵。
雪莲花的第一招是穿上“防寒服”。它的叶缘常常向内卷曲,而且密被茸毛,既可以防风保暖,又能减少高海拔地区紫外线的灼伤,非常有利于幼嫩的植株和花朵积蓄能量,快速发育生长。
第二招是自建“玻璃温室”。雪莲花下部的叶子用于进行光合作用,而上部颇为壮观的“花朵”,是由它的一部分叶子变态为苞片,呈淡黄色、半透明状,类似温室的透光屋顶,既保暖又增温。据资料记载,这个小“温室”保暖效果显著,白天苞片内外的温差平均可达4.6℃。
第三招是提高自身“内功”。科学家曾从雪莲花中分离出了它在低温环境下得以生存的独门“法宝”——抗冻基因蛋白。
2、自产“防冻液”:白桦
图源:pexels
耐寒绝招:树皮中的大量含糖树汁能防止低温伤害,树皮具有很强的密封性,像穿了一条“秋裤”。
在亚洲东部分布十分广泛的白桦(Betula platyphylla),是最接近北极点的几种乔木之一。据研究记载,白桦在冬季休眠期可以忍受-40℃的低温。
白桦首先靠的是天然的“防冻液”——树汁。在冬季至来年早春,白桦的树皮中会充盈大量含糖的树汁,可以有效地保护细胞免受低温结冰伤害。其次是被称为“桦树沥青”的树皮。白桦的树皮虽然不算很厚,但含有丰富的酚类成分干馏成的膏状物质,这使得树皮具有很强的密封性,既防水又保温,就像穿了一条“秋裤”。此外,白桦较厚的韧皮部又给它叠加了一层保暖层,让它在寒风中度过了一个又一个冬天。
3、贴地生长,抱团取暖:垫紫草
垫紫草丨图源:央视频
耐寒绝招:贴地生长能够避免大风冲击,抱团取暖能够提高热量的获取率。
在海拔超过5000米的高山之巅,常常能看到比较低矮、紧凑的灌木或草本,譬如垫紫草(Chionocharis hookeri)。它的茎已经慢慢退化变短到只能贴地生长,叶也变小,并且常常密密麻麻地挤在一起,形成了半球形的垫状体,这一类植物被统称为“垫状植物”。
虽然活生生把自己压迫成一坨坨的牛屎状(垫状),但垫紫草一来具备了抗倒伏的能力,可以减少大风的冲击;二来有利于“抱团取暖”,头顶的冷风不容易吹进来,便可免受冰冻之苦,同时还能提高获取热量的效率。
此外,研究还发现一些植物会利用所处的环境条件,比如深藏在灌丛或者石缝之间,可以使局部温度差异达到近22℃。
4、极寒之地的追光者:仙女木
图源:Pixabay
耐寒绝招:通过花朵的向日运动“追踪”阳光,提高温度。
在北极,植物开花时对温度的要求往往更高,有的植物开花所需的最低温度在3~8℃,而大部分则需要达到5~12℃才能开花。因此,一些植物为了在有限的开花期获得更多热量,会通过花的向日运动“追踪”阳光,以此来提高花内温度。比如生长在北极的山地仙女木(Dryas integrifolia)。
仙女木的花瓣具有类似凸透镜的聚光作用,带动花葶随着天空中太阳的位置而弯曲扭动,来改变花的方向,从而将太阳辐射集中于花上,以保证获得最大的热量,这一类极地植物也被统称为“太阳灶”类植物。有研究显示,这种方法可以有效地将温度提高10℃左右。
在大自然的生存战场上,像这样极致的生命进化故事无处不在。温暖而湿润的热带和亚热带地区往往会成为竞争激烈的“战场”,但转换思路,去寒冷地区开拓新的领地,也有机会赢得一席之地。
供稿单位:重庆科技馆
作者:秋西,核糖公寓自然科普传播工作室创始人。
审核专家:黄河、李春藜、徐晓萍
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