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叶子捕获水分 — 生物策略 — AskNature

来源：泰然健康网时间：2024年12月28日 22:56

生物策略

叶子捕获水分

凤梨科

询问自然团队

图片：Veronica ArtMusic /

分配液体

液体包括水以及体液，例如血液、胃液、富含营养的液体等。为了生存，许多生命系统必须在其内部或不同位置之间移动这些液体。由于其特性，液体往往会分散，除非以某种方式限制它们。为了解决这个问题，生命系统制定了一些策略来限制液体的运输，并克服重力、摩擦力和其他力等障碍。其中一些障碍也提供了机会。树木和长颈鹿面临着同样的挑战：如何克服重力向上移动液体（分别是水和血液）。但他们的策略却截然不同。树利用毛细管作用和蒸发来移动水，这可能是由于水的极性和粘附性的特性。长颈鹿紧致的皮肤提供压力以协助血液循环。并防止血液积聚在腿部。

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储存液体

许多生命系统必须储存液体，例如水或花蜜，以便可以长时间使用，包括在湿度较低时。由于其特性，液体往往会分散，除非以某种方式限制它们。每种液体都有其独特的特性。例如，水是极性的，分子一侧带强负电荷，另一侧带强正电荷。生命系统有利用这些特性来限制液体的策略。利用水极性的一个很好的例子是使用排斥水的材料。通过这样做，生命系统可以将水保持在屏障（例如膜）的一侧。

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捕获、吸收或过滤液体

生命系统最常用的液体是水，它们赖以生存。但还有许多其他液体可以提供营养、在防御机制中发挥作用或用于其他目的。水的可用性各不相同；它有时丰富，有时非常稀少，或者仅以雾或雾的形式存在。为了最大限度地减少捕获、吸收或过滤液体所需的能量，生命系统采取了利用给定液体的独特性质的策略。例如，当水遇到比空气冷的表面时，水就会从气态转变为液态。森林中的植物经历雾和云多于雨，它们有从潮湿空气中凝结液态水的策略。

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捕获、吸收或过滤化学实体

生命系统通常需要化学元素和化合物，包括复杂的糖、蛋白质和产生气味的化合物，才能执行关键活动。这些化合物以各种状态存在——固态、液态和气态——并且普遍存在于土壤、水和空气中。这要求生命系统不仅有捕获、吸收或过滤它们的方法，而且还要有区分它们的方法，选择那些有价值的或有害的。例如，红树林的根部生活在咸水和沉积物中。不同的红树林物种有不同的策略来去除它们吸收的水中的盐分，以便它们的组织可以利用淡水。

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移入/移至固体上

为了获得所需的资源或逃避捕食者，一些生命系统必须在固体物质上移动，一些必须在固体物质内移动，而另一些则必须两者兼而有之。固体的形态各不相同；它们可以是柔软的或多孔的，如树叶、沙子、皮肤和雪，也可以是坚硬的，如岩石、冰或树皮。运动可以涉及整个生命系统，例如在地面上奔跑的鸵鸟或在土壤中挖洞的蚯蚓。它也可能只涉及生命系统的一部分，例如蚊子将其口器刺入皮肤。固体的光滑度、粘性、水分含量、密度等各不相同，每一个都带来不同的挑战。因此，生命系统可以进行适应性调整来应对一个挑战，有时甚至是多个挑战。例如，由于环境的多样性，一些昆虫必须能够抓住粗糙和光滑的叶子表面。

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Flowering plants

Plants 开花植物凤梨科

开花植物

被子植物分支（“容器种子”）：蒲公英、橡树、草、仙人掌、苹果

被子植物有 416 个科，包含约 300,000 个已知物种，是最多样化的植物群，它们分布在全球各地的各种栖息地。它们的特征是种子生长在子房内，而子房又包围在花中。然后花器官发育成无数种类和尺寸的水果，从枫树上简单的种子外壳到木瓜等复杂的肉质生长物。化石中已知的最古老的花 Montsechia vidalii 出现在 130 亿年前的侏罗纪时期。它们是草食动物的主要食物来源，这反过来又使它们成为食肉动物的间接食物来源。

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内容相关内容参考资料

一些凤梨科植物的叶子通过疏水性叶子表面捕获储存罐中的水和养分。

凤梨科的一些植物（例如菠萝）的叶子具有独特的表面，使它们能够将水收集在中央水箱中，以便吸收和利用。这并非所有凤梨科植物都会发生这种情况，而是那些生长在获取养分较少的地区的凤梨科植物都会发生这种情况（例如挂在树上，依赖雨水中溶解的养分）。

这些类型的凤梨科植物的叶子呈凸形，这意味着它们在远离生长表面的地方形成弯曲的拱形。这种形状允许水在重力的作用下向下滴入中央水箱。叶子的内部凹形也有助于水的聚集和穿梭。叶子的边缘向上弯曲，形成一个看起来像微型半管的结构。这种水收集对凤梨科植物很有帮助，因为它使植物能够在较长时间内从死水中收集维持生命的营养物质。

凤梨科植物的叶子上还覆盖着小表面细胞，这些细胞像凸起一样凸起，称为毛状体。这些“凹凸不平”的细胞有细小的毛发，可以在水滴落时接住水。随着水流向形成水箱的叶子基部，毛发的数量会增加。叶子上的小毛覆盖着微小的疏水性（即防水）蜡晶体。由于蜡晶体不吸收任何水，因此水会从蜡晶体上滚落，直到聚集在中央水箱中。这些毛比叶子的外表面高几毫米，因此将水保持在叶子本身上方，防止水与叶子表面适当接触。这很重要，因为表面不一定覆盖有与毛发相同的疏水蜡，因此如果水接触到该表面，水可能会“粘”在该表面上。

当叶子的疏水特性将水引导到植物中心时，就会形成一个水池，充当溶解养分的水储备。

本摘要由 Ashley Meyers 贡献。

参考资料

“凤梨科植物的疏水性叶子表面具有高度不规则的微起伏，从而减少了水在叶片上的粘附和扩散。疏水性毛状体层出现在许多中生 1 型火龙果类植物的背面叶片表面上，并且由于这些物种表现出假定的原始生态条件，因此防水性似乎是早期凤梨科的重要条件。 4 型物种的毛状体专门用于从装满水的水箱中吸收水和养分的替代功能，某些物种使用表皮蜡粉从叶片中排出水分。疏水性毛状体层和蜡粉可能会阻碍病原体和颗粒物，有助于自我清洁和/或在潮湿天气期间保持气体交换。” （皮尔斯等人，2001：1379）

“这些将种子送入树冠的技术是如此成功，以至于许多森林树木的巨大树枝上常常密密麻麻地排列着擅自占地者。这些被称为附生植物，其中最常见的是凤梨科植物。它们通过将根缠绕在树枝上来固定自己。它们长长的叶子在中央花蕾周围形成紧密的莲座丛，将雨水引导到莲座丛中，使莲座丛充满并形成一个小池塘。” （阿滕伯勒 1995：166）

“具有蜡状毛状体的叶子具有极强的防水性……叶子的超疏水性的关键因素是由几百微米高的毛发赋予的，这些毛发上覆盖着一层小的疏水性蜡晶体……这些表面是超疏水性的，但水水滴不会渗透到毛发之间；因此，叶子表面的小颗粒不会通过用水冲洗而去除……这种毛状系统对于水下系统也可能非常有用，因为它们最大限度地减少了浸没表面的润湿面积，因此可以大大减少阻力，以及水下系统的速度。生物膜的形成，并且对仿生学非常感兴趣。” （科赫和巴特洛特 2009：1496）

“......虽然大多数研究的功能变化与从大气形式到水箱形式的转变没有直接关系，但我们的结果与大气阶段与耐旱性增强广泛相关的概念是一致的，而（较大的）水箱可以改善营养物质的获取。 ” （Zotz 等人，2004 年：1350）。

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