國寶植物智利南洋杉的秘密被破解

七君

智利南洋杉（Araucaria araucana）

智利南洋杉（Araucaria araucana）

智利南洋杉雌樹的大孢子葉球

在南美洲的智利和阿根廷的一些海岸邊，長著一種神奇的樹——智利南洋杉（Araucaria araucana），它的技能在整個(gè)自然界都可以說是獨(dú)一無二的。

拿外貌來說，這種樹明明屬于松柏，卻長得像多肉。它的針葉很粗很大，要上樹的猴子可能忍不了，因此也被戲稱為“猴迷樹”。另外，智利南洋杉還很硬，這是因?yàn)樗睦霞医?jīng)常遭雷劈，而雷電容易引發(fā)山火，因此那里的樹普遍皮厚，它們通過這種方式來適應(yīng)雷劈后的火災(zāi)。另外，智利南洋杉還很直，因?yàn)闃涓赏Π?，智利南洋杉的木材還曾被當(dāng)作桅桿。

除了粗大硬直以外，智利南洋杉還非常能長。一方面，它可以長到40米高，另一方面，它很長壽，單株能活超過1200歲;而作為物種，智利南洋杉在地球上已經(jīng)存在了2億年了，曾遍布全球，而它的長相也沒有發(fā)生巨變，因此常常被叫作“活化石”。因?yàn)楣爬?，它們常常被拿來?dāng)背景道具，出現(xiàn)在關(guān)于恐龍的藝術(shù)作品中。

在智利的原住民馬普切人的祭壇上，智利南洋杉代表著豐收和生殖力。1976年，智利宣布智利南洋杉為“國家遺跡”，使它成為了智利的國樹。

因?yàn)閴勖L，智利南洋杉到了30～40歲才會(huì)生Baby。雌樹會(huì)開花，長出大孢子葉球，雄樹能上粉，授粉成功的話，雌樹的大孢子葉球就會(huì)長出類似于松果的果子。它們的種子在當(dāng)?shù)亟凶鱌inones，是一道美味，可以烤著吃，可以用來制作點(diǎn)心，還可以在發(fā)酵后做成一種叫作Muday的酒精飲料。

實(shí)際上，第一個(gè)將智利南洋杉帶到英國的英國植物學(xué)家 Archibald Menzies ，他和智利南洋杉種子的第一次正式見面就發(fā)生在智利總督的餐桌上，只不過智利南洋杉的種子還沒“開口”就被Menzies 吃掉了。因?yàn)橛X得很美味，Menzies 才想到把它帶回英國。后來，智利南洋杉就成了維多利亞公園的典型造景植物。

用智利南洋杉種子制作的點(diǎn)心

智利南洋杉迷倒物理學(xué)家

但是，智利南洋杉迷倒的不只有美食家和植物學(xué)家，還有一大批物理學(xué)家。實(shí)際上，多年來物理學(xué)家們一直想知道，為什么水在智利南洋杉的針葉上只會(huì)往一個(gè)方向流？最近，我國的學(xué)者找到了這個(gè)謎題的解釋，他們把研究結(jié)果發(fā)表在今年的《科學(xué)》（Science）上。我國香港城市大學(xué)的工程學(xué)家王鉆開的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，液體在智利南洋杉上的主動(dòng)定向流動(dòng)靠的是毛細(xì)現(xiàn)象，而液體在智利南洋杉上具體怎么流，不僅和它的葉片的特殊結(jié)構(gòu)（比如鱗片的間距和角度）有關(guān)，還取決于液體的表面張力。

不過，能夠在不花力氣的情況下定向“輸液”的生物并不是只有智利南洋杉一種。比如，翼狀豬籠草的“豬籠”開口上的毛細(xì)結(jié)構(gòu)也能夠有效地定向引導(dǎo)水流。有趣的是，如果把豬籠草倒過來，水就無法上升。也就是說，豬籠草的表面是一種生物“二極管”。

一些居住在干旱地區(qū)的動(dòng)物也能做到這一點(diǎn)。比如得州角蜥具有能自動(dòng)鎖水和運(yùn)水功能的皮膚。它們的皮膚能夠收集水蒸氣和小水滴，并且不花力氣地讓水自動(dòng)流到它們的嘴巴里。這主要是因?yàn)樗鼈兊钠つw具有特殊的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)形成了毛細(xì)管，然后就利用毛細(xì)現(xiàn)象引水入口。

翼狀豬籠草（Nepenthes alata）

然而，智利南洋杉和上述生物不同的一點(diǎn)在于，如果把表面張力比水小得多的乙醇（酒精）倒在智利南洋杉針葉上，它也只往一個(gè)方向流，而且是水的反方向。如果把液滴想象成氣球，那么表面張力類似于液體的“彈力”，顯然智利南洋杉能夠區(qū)分液體的“彈性”。

換言之，智利南洋杉是世界上首個(gè)被發(fā)現(xiàn)能夠讓不同液體自動(dòng)朝不同方向定向流動(dòng)的自然物體。王鉆開指出，這是人類首次記錄到的能夠?qū)Σ煌后w實(shí)現(xiàn)定向運(yùn)輸?shù)牟牧稀Ｋ€表示，水和酒精流向不同這一點(diǎn)令人訝異，因?yàn)閭鹘y(tǒng)理論認(rèn)為，液體在表面的流動(dòng)方向主要是由材料表面，而不是液體本身的性質(zhì)決定的。王鉆開的團(tuán)隊(duì)還模擬智利南洋杉，設(shè)計(jì)了同款材料，水和酒精可以在上面定向移動(dòng)，就像在智利南洋杉上一樣。

利用這種仿生材料，他們還開發(fā)出了高級玩法。如果把酒精和水混合，混合液的流向取決于酒的“烈度”。酒精濃度小于10%，這種淡酒還是會(huì)向后流;酒精含量超過40%時(shí)就會(huì)往前流了。更有意思的是，酒精濃度在10%～40%的酒水會(huì)同時(shí)往兩個(gè)方向流動(dòng)。

王鉆開表示，這是人類首次在同一表面上實(shí)現(xiàn)對不同液體的定向運(yùn)輸，并成功解決了1804年來材料科學(xué)的一個(gè)大問題。不過，研究者們并不知道智利南洋杉演化出這種“御水術(shù)”的目的是什么，有可能是單純地為了將水和其他雜質(zhì)分離。

王鉆開（左）和同事研發(fā)的模擬智利南洋杉的仿生材料

不幸的是，這種幫助人類解決了科學(xué)難題的粗大硬長生物，卻由于人類活動(dòng)而瀕危。實(shí)際上從1990年開始，智利就禁止砍伐智利南洋杉，只有土著居民被允許采集和使用死掉的智利南洋杉木頭。而智利南洋杉也受到《瀕危野生動(dòng)植物物種國際貿(mào)易公約》（CITES ）的保護(hù)。但是這些舉措并沒有遏制智利南洋杉的消失勢頭。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的世界保護(hù)監(jiān)測中心曾經(jīng)利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)對25年里智利南洋杉的分布情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)從1977年開始，64%的野生智利南洋杉森林消失。2013年，智利南洋杉被世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）列為瀕危級植物?，F(xiàn)在，野生的智利南洋杉只分布在智利和阿根廷的安第斯山脈上的不到400平方千米的山坡上。

雖然在野外已經(jīng)很少見了，但智利南洋杉是很受歡迎的景觀植物，在世界各地的許多庭院里能看到它們的身影，仿佛它們從馬普切人的祭壇來到了更大的世界的祭壇上。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號，有刪節(jié)）