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树都睡了,你还有什么理由熬夜?!

谦太祥和 发布于: 2019年7月30日 0时11分50秒 阅读227次

  先看动图吧:


树伸懒腰(动图来源:参考文献[1])

  这是一棵白桦树(Betula pendula),入夜以后渐渐“睡着”,可以看到树枝和树叶都耷拉下来;临近黎明时分又慢慢苏醒,树枝和叶片逐渐开展,树冠位置稍稍上移,好像一个人伸了一个长长的懒腰[1]。是不是很可爱?这幅“生动”的画面来自一个奥地利、芬兰和匈牙利的跨国合作团队,他们用精确度达厘米级的激光扫描仪( Short Interval Terrestrial Laser Scanning)拍摄记录并做成此图。

  在此之前,树会不会像人类一样“睡觉”并没有多少宏观的证据,因为树枝和叶片一直处于动态变化之中,很难捕捉准确的位置变动。如果用普通相机,快门的闪光又会带来光干扰。因此,研究团队决定使用红外光激光扫描仪,该技术的好处是叶片可发射红外线,后者只在上面停留几秒钟,整棵树只需几分钟便可被扫描一遍,较好排除了光照对叶片运动的影响[1]。

  实验中,他们一共测量了多个品种的树,其中包括 2 棵白桦树,它们一棵生在芬兰,另一棵长在奥地利,均在无风和相对固定的湿度下进行测量。数据显示,这两棵平均高度为 5 米的白桦树,每天睡着和醒来的高度浮动范围为 10 公分。入夜以后,白桦树的叶片逐渐下垂,直到日出前数小时达到最低点,在日出后数小时又恢复到“正常”高度[1]


用尼康 D7000 拍摄的白桦树(图片来源:http://bbs.zol.com.cn/dcbbs/d14_63339.html)

  早睡早起,植物的头等大事

  还是查尔斯·达尔文,最先注意到了叶片与茎干的夜间节律性运动,他明确提出这就是植物的“睡眠运动(sleep)”[2]。在他之前,法国物理学家 Jean-Jacques d’Ortous de Mairan 于 1720 年,也观察到了含羞草的叶片在黑暗条件下仍能节律性的闭合。但达尔文比他多研究了 68 种植物,发现叶片的昼夜节律运动是普遍的。他推测,植物叶片到了晚上合拢睡觉应该是为了抵御夜间的寒冷气温[2]。

  达尔文大宗师的猜测没有错,包括花花草草与树木在内,人类、动物、昆虫的昼夜节律活动都是为了适应环境。这类节律运动以适应外界环境为第一要务。

  以昆虫果蝇为例,它们体内有午睡抑制基因 daywake,可抑制果蝇在高温下的活动从而避免中暑,促使其在凉爽气温下高效觅食或择偶[3]。

  再以人类为例,早在 2006 年,劳伦斯伯克利国家实验室就提出最佳办公室气温为 22°,较之更高或更低的温度都与劳动者工作效率下降有关。当室温保持在 30°时,人们的工作效率下降大约9%。2018 年,哈佛大学公共卫生学院的一项研究重复验证了该结论:无空调、室内平均温度为 26.3°下的年轻人,反应速度比那些在有空调、室内平均温度为 21.4℃下的人低了 13%,工作效率则低 10%[4]。在夏天,开不开空调很重要。


高温补贴和开空调是科学的“职场人道主义”。(图片来源:veer 图库)

  除了抵御寒冷,植物“按时起床”还能充分进行光合作用,吸引更多的授粉昆虫。

  走到向日葵生长的土地上,我们把欣赏的目光转向向日葵,它们则把繁育后代的花盘转向太阳。美国加州大学戴维斯分校的研究人员发现,向东转动的向日葵花盘比向西而立的向日葵的花盘,表面升温更快,前来授粉的蜜蜂数量也相对多出 5 倍[5]。所以,一般向日葵在日出前就把花盘转动到朝东的位置,坐等早起的蜜蜂来“采”。


向日葵,因预判太阳升起的方向和时间而获益。(图片来源:参考文献[5])

  睡不好,植物也“难过”

  经常搭乘飞机、倒时差的人大概了解,该睡的时候睡不着多痛苦!

  睡不好与各种代谢类疾病、心血管疾病风险上升相关。即使睡着了,外界光污染或噪音污染也会使身体处于应激状态,同样增加慢性疾病风险[6]。世界上只有极少数的物种比如一些蜘蛛能适应“颠三倒四”的睡眠。美国田纳西州立大学的研究人员发现,至少有 3 种蜘蛛(Allocyclosa bifurca, Cyclosa turbinata,Gasteracantha cancriformis )的生物钟尤其快,只有 17.4、18.5 和 19 个小时,相当于每天坐飞机飞越 5 个时区[7]。

  当树木患有疾病或进入衰老期后,“睡眠”也会像人类一样“辗转反侧”。比如“睡眠周期”相对延长,比年轻的树木更不容易“自然睡醒”[8]。如果年轻树木的树冠在 12 个小时内完成一次垂下-伸长周期,老树需要的时间更久。但有意思的是,就像前文中的蜘蛛一样,木兰属植物睡眠周期很短,正常情况下也能一夜之间完成三次树冠上下移动的循环[8]。

  最后,树还会像动物一样冬眠。德国慕尼黑理工大学的研究人员通过研究 36 种欧洲常见树木与灌木后发现,山毛榉、橡树等树木需要靠冬眠来躲避严寒,等到气温回升再发芽开始新生[8]。但随着气候变化,暖冬天气越来越多,山毛榉和橡树的“生物钟”接收到了错误的信息,从而有提早发芽,以至于被冻死在早春的低温中。

  万物皆有时序,苹果树不在秋天开花。过了午夜,万籁俱寂,白桦树都睡着了,你也别再熬夜了。


白桦树灯(图片来源:http://www.912688.com/supply/pic/306168533.html)

  参考文献:

  1,Eetu Puttonen, Christian Briese, Gottfried Mandlburger, Martin Wieser, Martin Pfennigbauer, András Zlinszky, Norbert Pfeifer. Quantification of Overnight Movement of Birch (Betula pendula) Branches and Foliage with Short Interval Terrestrial Laser Scanning. Frontiers in Plant Science, 2016。

  2,D.Moore et al., Exceptionally short-period circadian clock in Cyclosa turbinata: regulation of locmotor and web-building behavior in an orbweaving spider, Journal of Arachnology, 2016。

  3,Quentin Geissmann, Esteban J. Beckwith and Giorgio F. Gilestro, Most sleep does not serve a vital function: Evidence from Drosophila melanogaster, Science Advances, 2016。

  4,Jose Guillermo et al., Reduced cognitive function during a heat wave among residents of non-air-conditional buildings: An observational study of young adults in the summer of 2016,Plos Medicine, 2016。

  5,Hagop S.Atamian et al., Circadian regulation of sunflower heliotropism, floral orientation, and pollinator visits, Science, 2016。

  6,BMAL1-Driven tissue clocks respond independently to light to maintain homeostasis, Cell, 2019。

  7,D.Moore et al., Exceptionally short-period circadian clock in Cyclosa turbinata: regulation of locmotor and web-building behavior in an orbweaving spider, Journal of Arachnology, 2016。

  8,András Zlinszky, Anders Barfod. Short interval overnight laser scanning suggest sub-circadian periodicity of tree turgor. Plant Signaling & Behavior, 2018。

  作者单位:中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所

 

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