我们刚刚发现了一个可以帮助红杉树在气候变化中生存的秘密特征

　　海岸红杉是科学家世代研究的神奇树木。我们知道它们是最高的活树，并且已经存活了数千年，能够抵抗火灾和害虫。
　　由于红杉寿命长、体积大且不易腐烂，它们所占据的森林比地球上的任何其他生态系统都储存更多的地上物质，因此可能更多的碳。
　　尽管如此，在最近发表的一项研究中，加州大学戴维斯分校和加州理工大学的同事洪堡和我了解到了一个就在我们眼皮底下的秘密。
　　事实证明，红杉有两种看起来不同的叶子，执行的任务也大不相同。这种以前未知的特性有助于树木适应潮湿和干燥的条件这种能力可能是它们在不断变化的气候中生存的关键。水就够了
　　无论树木生长在哪里，它们的叶子迟早会被弄湿。对于潮湿环境中的树木，如果水膜覆盖了它们的气孔，这可能是个问题。这些微小的孔隙允许二氧化碳进入叶子，因此树木可以将其与水结合，通过光合作用制造植物组织。
　　潮湿森林中常见的许多树木的叶子都具有适应性，可以防止这些水膜形成。
　　相比之下，生长在干燥环境中的树木利用短暂的叶片湿润，通过特殊的叶片结构，甚至通过它们的气孔，直接在叶片表面吸收宝贵的水分。
　　但是一些树木，包括海岸红杉，生活在潮湿和干燥的环境中，季节变化很大。
　　圣栎这样的阔叶树，它生长在夏季干燥冬季多雨的地中海气候中，这种季节性的潮湿挑战相对容易克服。它们的气孔位于叶子的遮蔽下侧，使它们远离水，而叶子的顶部表面则吸收水分。
　　但是红杉是针叶树，或者说是圆锥形的树，叶子薄而扁平，针状的叶子，它们需要一种不同的方法来平衡排斥和吸收水分的竞争目标。
　　我们知道我们想探索红杉如何应对叶子湿度的矛盾挑战，红杉可以吸收多少水，以及哪些叶子特征导致吸水能力的差异。
　　我们学到的东西完全出乎我们的意料。大树有大秘密
　　科学家们早就知道红杉通过叶子吸收水分的能力。但是弄清楚红杉可以通过这种方式吸收多少水，以及这种能力如何因一种气候类型而异，对于这个物种来说是一个真正的挑战。
　　首先，一棵大红杉有超过1亿片叶子，具有大量的吸水表面积。这些叶子随着高度的变化而剧烈地改变结构，从长而平变成短而锥状。所以我们不能通过简单地在地面上采摘树叶来做到这一点。
　　使事情进一步复杂化的是，重力总是向下推动通过红杉树干向上上升的巨大水柱。结果，树顶的叶子总是比低处的叶子少。
　　树梢固有的干燥性应该比底部富含水分的叶子更快地将水吸入叶子，就像干海绵比湿海绵吸水更快一样。
　　为了准确了解红杉是如何吸收水分的，我们需要在潮湿和干燥的环境中，以及从这些树上的多个高度获取树叶。
　　为了让它们达到基于重力的自然水位进行分析，我们将叶子样本放在雾室中在这种情况下，是一个连接到室内加湿器的冰柜并测量随着时间的推移体重增加，看看它们有多少水可以吸收。一连串的线索
　　当我们拆开成簇的红木芽将它们浸入雾中时，我们将每个簇分成几块。红木枝条从木质核心呈扇形散开，并被分割成多个年龄的单独枝条，每个枝条都有自己的一组叶子。我们将沿木质中心轴的枝条与每个簇外边缘更常见的柔韧枝条分开。
　　很快就很明显，从中心轴发出的叶子吸收水分的速度比外围叶子快三倍。当我们用显微镜观察叶子内部时，我们知道它们是两种完全不同的类型。
　　它们在外面看起来也不一样，但这太出乎意料了，我们需要看看它们的内部结构才能真正说服自己。
　　（AlanaChin加州大学戴维斯分校）
　　上图：红木的两片不同叶子。外围叶（左）专注于光合作用，而轴向叶（右）则致力于吸收水分。
　　轴向叶片充满了储水细胞，但它们的韧皮部叶片中将光合糖输出到树上的管子似乎被阻塞且无用。如果一棵树有叶子，传统的观点是它们在那里进行光合作用，但我们想知道轴向叶子是否有不同的用途。
　　通过一些额外的测量，我们发现红杉的轴向叶子专门用于吸水。轴向和外围叶片表面的差异，特别是它们的蜡覆盖率，导致它们的吸水率存在差异。
　　与轴叶不同，红杉的外周叶表面呈蜡质，有大量气孔。这有助于解释它们如何全年进行光合作用，而不管它们目前大部分栖息地的漫长雨季如何。
　　进一步的分析表明，红杉的轴叶仅占树木总叶面积的5左右，通过光合作用几乎不能产生足够的能量来维持自身。但它们贡献了树木总吸水能力的30。
　　这两种类型的叶子一起平衡了光合作用和吸水的决斗需求，使红杉在潮湿和干燥的栖息地都能茁壮成长。
　　使用大规模树木测量和估算红杉叶面积的方程，我们估计这些口渴的巨人在降雨润湿树叶的第一个小时内可以吸收多达105磅（48公斤）的水。这相当于101品脱啤酒。对红杉的意义
　　了解导致红杉叶吸收能力变化的原因可以帮助我们衡量现在和未来树木和环境之间的水分吸收能力差异。在我看来，这是我们研究中最有潜力的部分。
　　红杉改变它们的两种叶子类型以适应当地的气候。在其范围北部的潮湿雨林中，在门多西诺县上方，树木投资较少的专门用于吸水的轴向叶片。
　　这些叶子集中在树木的下部树冠中，使光合作用高性能的树梢可以自由地在明亮的阳光下最大限度地提高糖产量。
　　在红杉分布范围南部边缘的干燥森林中，树木在水分胁迫的顶部有更多的轴叶。
　　这使他们能够更好地利用更短暂的叶子润湿事件，但这意味着它们在每个叶子面积上的光合作用比在潮湿地区的红杉要少。
　　在越来越干燥的加利福尼亚适应气候变化。
　　这对于保护这些史诗般的树木来说是个好消息，并且随着科学家试图将耐旱性状与红木种群之间的区域差异联系起来，这可能是一个很有前途的研究特征。