科学之美:神奇的树——延续地球生命之泉

《科学天下科学之美·神奇的树——延续地球生命之泉》是科学与艺术相结合的系列口袋书，自然界中*古老和雄伟的生命体的神奇之处在本书中都可以找到答案。全书贯穿以迷人的插图，内容之丰富，值得细细玩味与收藏。作者从读者关注的科学话题中提炼出艺术的元素，给予读者科学之外更多的艺术资讯。本系列图书获得年度科学时报科普好书奖，并入选中国新闻出版署为青少年推荐的100本好书奖。

众木成林，森林可以提供食物和庇护，维持生物的多样性。即使在*的条件下，也能够奇迹般地蓬勃生长。树木不仅是其他生物的粮仓，还是适应力强的战士，坚定地捍卫着脚下的土地。随着植物生理学和森林生态学领域的不断研究，人类也渐渐解开了树木的奥秘。因此，这本书的目的在于帮助你更好地理解神奇的树，了解树的组成、功能和动态变化，以及树是如何与人类的生活紧密交织的。

树是什么？为什么它们对于地球上的生物如此重要？它们是怎样呼吸、成长、交流和繁衍后代呢？地球上总共有多少种树呢？它们都生活在哪些区域呢？

在本书中，国际知名的荷兰树木研究员奥拉维·胡卡瑞博士将带领我们深入了解这些地球上巨大、雄伟的生命体的秘密，书中还有科学家精心绘制的精美罕见的旧版插画。

002 / 什么是树

004 / 光是生命之源

006 / 生命需要植物

008 / 树的种类有多少

010/ 树的组成

012 / 树的神奇之处

014 / 树叶内部

016 / 常青还是落叶

018 / 树木的颜色

020 / 形成层

022 / 树皮

024 / 树干

026 / 树根

028 / 树吃什么

030 / 牛顿的苹果

032 / 树能感到疼痛吗

034 / 树贪心吗

036 / 树的周期

038 / 树的繁衍

040 / 树能看见么

042 / 树睡觉么

044 / 微气候

046 / 树木和土壤

048 / 音乐树

050 / 树木、人类和能源

052 / 气候变化

054 / 树木检索表

057 / 术语表

你手中拿着的这本书，是科学家多年来研究树木的成果。这本书让你得以一窥神秘的树木世界，作为自然界的一部分，人类与之息息相关却对其知之甚少。 

众木成林，森林可以提供食物和庇护，维持生物的多样性。一棵树能存活上百年，在其生命周期内，它与其它树木、植物、微生物和动物紧密联系，因此，即使在的条件下，也能够奇迹般的蓬勃生长。树木不仅是其它生物的粮仓，还是适应力强的战士，坚定地捍卫着脚下的土地。

   
《卡勒瓦拉》——这部芬兰民族史诗也道出了树木的重要性。游泳来到一个荒芜的世界，并向大熊寻求帮助时，大熊派来一个名叫柏勒沃的男孩，开始在这片贫瘠的土地上植树。

今天，科学家能够模拟出树木的生活环境和条件，可以让树木在这些精细的实验中展示自己。通过研究树木的多种生长模式，我们能够倾听、学习并探索那些对树而言至关重要的东西——树木的喜恶；什么有助于它的成长；什么又使它终灭亡。

随着植物生理学和森林生态学领域的不断研究，人类也渐渐解开了树木的奥秘。因此，这本书的目的在于帮助你更好的理解神奇的树，了解树的组成、功能和动态变化，以及树是如何与人类的生活紧密交织的。

什么是树？

了解你的表兄弟          

树木利用自立式多年生木质茎，学会了如何长得很高。像地球上的所有生命一样，树木也起源于古细菌，这些古细菌很早就开始调节地球上的环境，主要有创造性的光合作用者和清除甲烷生产者。大约30亿年前，这些早期的单细胞生物体进化为新型活动消费者，其中一些与别的单细胞有机体相结合，互利共生。从这以后，一连串共生关系给地球带来形形色色的原生生物。这些原生生物按照其特点，分流形成三个多细胞王国：真菌界、动物界和植物界（如右图所示，林恩·马古利斯绘制）。                                              

株维管植物出现在400MYA（百万年前）的志留纪，这种植物开始产生氧气释放到大气中。到石炭纪（约330MYA），二氧化碳含量稀缺，树蕨进化出了可以呼吸的叶子。接下来出场的是高耸的裸子植物——晚二叠世（250MYA）出现的银杏和侏罗纪（150MYA）的参天松柏。终，以阔叶树形式存在的被子植物或开花植物（如木兰）在约75MYA取代了针叶树。

树木的特别之处在于，形成木质素作为次细胞壁（约占木材干重的30%），同时与所有植物一样，产生大量的纤维素（地球上常见的有机化合物）以及单宁。

我们人类的DNA约有50%与树木相匹配——下次坐在老橡树下好好想想这件事哦！

光是生命之源

糖的甜蜜艺术

光是生命之源。光合作用中，树木和其它植物将水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)转化为糖和氧气，光为这个过程所需的生化反应提供能量。

在植物的叶子中，叶绿体吸收红色和蓝色光子中的光能量，从类囊体膜上的水分子中分离出质子与电子。在一系列反应中，能量转化为三磷酸腺苷(ATP)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)，并释放出氧气这一副产品。接着，从CO₂中释放出的碳被固定在小结构的糖中，如葡萄糖和果糖，并进一步形成更大结构的糖类，如纤维素、木质素，或以能量形式储存在根、块茎和种子内的淀粉中。

夜间，树木利用白天获取的能量，产生大量的植物化学物质。在根部可溶性氮的帮助下，树木将小结构的糖转化为氨基酸，用于生成药用生物碱或有毒生物碱、相关酚类物质（如香草酸、水杨酸盐、香脂），以及像涩味单宁和木质素这样的聚合物。植物也能够将糖类分解成脂质，形成种子储备能量的可食用油、防护皂、芳香精油（如薄荷醇、柠檬烯、樟脑），以及树脂（如没药）和乳胶（如橡胶）。

生命需要植物

了解食物链

只有极少数的微生物从深海热泉中获取能量，除此之外，地球上的所有生命都直接或间接地依赖太阳能。植物和自养生物位于食物链的底端，它们将二氧化碳和水转化为有机物，例如葡萄糖，以储存太阳能。树木是的植物。在自养生物之上是消费者或异养生物，它们从自养生物或者其它异养生物中摄取能量。因此，科学家往往按营养级水平划分食物链（如下图和右上方所示）。有些消费者又是分解者，例如细菌和真菌，它们与死亡动植物发生化学反应获取能量，在此之前，腐生生物如蜗牛或秃鹰，可能已咀嚼过这些死亡生物。

在所有的微生物、动物和植物的细胞内，都有好像微型电池的线粒体，它们维持生命的重要活动，如发生呼吸作用，呼出水分和二氧化碳（与光合作用相反），产生ATP（三磷酸腺苷）。ATP是细胞内使用的化学能，人体每天都会将其自身的一部分转化为ATP。任一系统的净生产率都等于其总生产率减去呼吸损耗（右下图以树叶为例，卢瑟福绘制）。除了在光合作用和呼吸作用中的碳循环以外，其它基本的生物地球化学循环还涉及水、氮、硫（在蛋白质和酶中）、磷（DNA中）以及其它微量矿物质。

树的种类有多少？

爱好摘星揽月

 你可能会认为，树仅仅存在于一或两个“树状植物”科中，但是事实并非如此。右图显示了所有植物中的树木家族，圆点表示该类植物中的代表性树木。显而易见，树木存在于大多数植物科目中——趋同进化的证据，表明树这一“物种”很适宜生存。

科学家估计，现约有60,000种不同种类的开花乔木，占所有300,000种开花植物（被子植物）的五分之一。在曾经统治地球的更古老植物中，大约有800种树形蕨类植物存活下来，而这其中，并没有古生代100ft的巨型楔叶类植物，裸子植物中存活下来的，也只有130种掌叶状苏铁类裸子植物，硕果仅存的银杏树种，以及630种针叶树（见第54-55页）。

   
针叶树中有地球上的植物——海岸红杉，它能长到380英尺高。海岸红杉是仅存的两种红杉之一，尽管很久以前它们曾统治地球，但现在已基本灭绝。直到后一个冰河时代宣告结束，也就是约10,000年前，松树、桦树和其它落叶乔木才迁徙至北纬地区。