圖蟲創(chuàng)意

雷電是樹木殺手，這是人盡皆知的事實。但是在南美洲的熱帶雨林中，有一種樹，不僅不怕雷擊，反而會借用雷電清除競爭對手。

油籽香豆樹是豆科香豆樹屬的植物，廣泛分布于南美洲的熱帶雨林當(dāng)中，洪都拉斯、尼加拉瓜、哥斯達(dá)黎加、巴拿馬、哥倫比亞和厄瓜多爾均有分布。油籽香豆樹的種子有特殊香氣，并且營養(yǎng)豐富，是當(dāng)?shù)厥袌錾铣Ｒ姷膱怨Ｆ湎銡鈦碜云渲泻械南愣顾兀愣箻湟惨虼硕妹?/p>

油籽香豆樹最高可以生長到55米，平均“身高”比其它的樹木高出30%，而且樹冠面積也大50%。體型優(yōu)勢雖然讓油籽香豆樹在競爭激烈的雨林能吸收更多陽光，但也讓它們更容易遭雷劈。要知道雷擊可是樹木殺手。

不過，神奇的是，雷擊不僅沒有對油籽香豆樹造成致命影響，反而為它們帶來了競爭優(yōu)勢。在1982-2015年，對巴拿馬巴羅科羅拉多保護(hù)區(qū)的長期生態(tài)監(jiān)測工作中，科研人員發(fā)現(xiàn)，圍繞在油籽香豆樹周圍的植物死亡率要比圍繞在其他高大樹木周圍植物的死亡率，高48%。

為了探究油籽香豆樹神奇的抗雷擊能力，以及因為雷擊產(chǎn)生的競爭優(yōu)勢。在2014-2019年期間，來自美國卡里生態(tài)系統(tǒng)研究所和史密森熱帶研究院等機(jī)構(gòu)的科研人員，記錄了該保護(hù)區(qū)中發(fā)生的95次雷擊大樹事件，并跟蹤研究了這些雷擊事件對于大樹和周邊植物的影響。考慮到雷電對植物殺傷結(jié)果需要一段時間表現(xiàn)出來，研究人員在后續(xù)的2-6年時間里持續(xù)調(diào)查那些被雷擊的植物。

最終發(fā)現(xiàn)，不同植物對雷電的反應(yīng)大相徑庭。

在2021年的實地研究中，研究人員特別調(diào)查了被雷擊的大樹，93棵大樹有56%都雷電劈死了。但是，所有9棵被雷擊過的油籽香豆樹生機(jī)盎然，即便是其中1棵被雷擊過兩次的樹葉只有極少量樹枝被損傷。油籽香豆樹周邊的植物就遭了殃，油籽香豆樹每接受一次雷擊，周圍平均有9.2棵樹被殺死；被雷擊后，附著在油籽香豆樹上的78%的的藤本植物都會被殺死。

正因為減少了這些競爭者，油籽香豆樹的壽命和繁殖成功率都獲取顯著提升國內(nèi)。通過統(tǒng)計學(xué)分析，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，油籽香豆樹在雷擊中獲益良多——其壽命延長31.4%和繁殖成功率也提升了60.4%。直徑1厘米的香豆樹的預(yù)期壽命因為雷擊提升43.9%，而直徑大于60的大樹預(yù)期壽命因為雷擊提升74%，最高可提升451.2年。是不是感覺被雷到了。

用雷電清除競爭對手

科研人員在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雷電擊中一棵香豆樹的時候時，電流會通過樹冠、樹干向周圍環(huán)境擴(kuò)散，形成像蜘蛛網(wǎng)一樣的電火花跳躍。研究顯示，每次雷擊平均會影響香豆樹周圍的23棵植物，其中1/4因電流打擊直接死亡。有一個極端案例是，一棵油籽香豆樹“電到”了它旁邊的116棵樹，并最終導(dǎo)致其中57棵樹死亡。

反觀油籽香豆樹，它們被雷擊之后，依然活力滿滿。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，一棵胸徑在60厘米以上的油籽香豆樹，在生長過程中平均經(jīng)歷過5次雷擊事件，這些雷擊事件可以幫助它們清理大量競爭對手——平均有15.4根到達(dá)樹冠層的藤蔓，以及平均總生物量為10.4噸的周邊樹木，在這些雷擊事件中被香豆樹利用雷電清理掉了。那些生活在香豆樹周圍的喬木個頭也更矮一些，平均高度要比圍繞在其他大樹周圍的喬木平均高度低3.7米。

這種大樹究竟有什么特異功能，能夠駕馭雷電呢？

雷電對植物的破壞

對植物來說，閃電的破壞來自幾個方面。首先是高溫灼燒帶來的破壞。當(dāng)閃電產(chǎn)生的巨大電流通過植物體時，會因為植物組織的電阻產(chǎn)生熱量。如同電吹風(fēng)中的電熱絲在通電之后會發(fā)熱，植物體在通電時，也會發(fā)熱。植物體中木質(zhì)部和韌皮部會因熱量積累導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，尤其是形成層和輸導(dǎo)系統(tǒng)被灼傷，導(dǎo)致水分和養(yǎng)分運輸中斷。

與此同時，在電流集中通過的路徑（如樹干、主枝）上，會瞬間產(chǎn)生高溫，從而引發(fā)內(nèi)部水分汽化，形成蒸汽爆炸，導(dǎo)致樹皮爆裂、樹干開裂甚至折斷。

此外，閃電帶來的破壞不僅僅會以熱的形式表現(xiàn)出來，閃電可以直接破壞細(xì)胞膜和特殊的蛋白質(zhì)。強(qiáng)電流會破壞植物細(xì)胞的膜系統(tǒng)，導(dǎo)致離子平衡失調(diào)，細(xì)胞功能喪失；而酶結(jié)構(gòu)的破壞，會影響植物的基礎(chǔ)代謝過。所以雷擊造成的樹木死亡比比皆是。

香豆樹利用雷電清除競爭對手

那么，香豆樹的特異功能究竟是什么？目前還沒有一個確切的答案。但科研人員認(rèn)為，較好的導(dǎo)電性是香豆樹免遭雷擊傷害的關(guān)鍵。一般來說，在中學(xué)物理課上，我們了解到電流經(jīng)過電阻較大的物體時，會產(chǎn)生大量熱量。手機(jī)充電的時候，充電線會發(fā)熱，就是因為充電線的電阻并非為零，要想減少導(dǎo)線發(fā)熱，那就是需要降低電阻，這就是為什么要用合格充電線的原因。需要注意的是，充電線面對的只是電壓為5伏特，電流為2安培的條件。而香豆樹面對的閃電，一次閃電電壓高達(dá)100萬伏特~1億伏特不等，瞬間電流可以超過10萬安培。如果是普通植物，在被雷電擊中時，多半會被電流時通過產(chǎn)生的熱量“燒死”。

科研人員推測，香豆樹的樹皮結(jié)構(gòu)和成分使得它們成為電阻較低的電流導(dǎo)體。電流會快速通過香豆樹的植物體，同時導(dǎo)向周圍的其他植物。這相當(dāng)于，香豆樹為自己準(zhǔn)備了一根避雷針。當(dāng)然，對其他植物來說，這根避雷針，更像是釋放雷電魔法的法杖，傷害值直接拉滿。

植物體的電阻率受到多種因素影響，比如維管束結(jié)構(gòu)，含水量，以及汁液中的離子濃度。首先，植物體含水量是個明顯影響因素，一般來說，藤本植物的含水量要高于喬木，而針葉樹的含水量要高于闊葉樹，電阻率也表現(xiàn)出相應(yīng)的情況，樹木的電阻率比藤本植物的電阻率高出約 200%，針葉樹的電阻率比闊葉樹高出 135%。溫帶區(qū)域的藤本植物可能通過傳導(dǎo)電流來保護(hù)樹木免受閃電傷害，擁有有一根藤本植物附著的樹木，其在雷擊時的發(fā)熱量至可以降低 60%。油籽香豆樹具有較高的含水量，直接把藤子解雇了，說明它有著比藤本植物更為出色的導(dǎo)電性能。

其次，緊實的木材也可以降低電阻率，致密的細(xì)胞更容易形成電流通路。除了較低導(dǎo)電率，堅實的木材也可能對抵御雷電有幫助。在上述研究中也發(fā)現(xiàn)，那些在雷擊中存活下來的大樹，與油籽香豆樹一樣，具有密度較高的木材。

以上僅僅是基于現(xiàn)有研究的一些推測，關(guān)于油籽香豆樹的雷電魔法還有很多秘密需要炮姐。值得注意的是，在之前的研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)，與油籽香豆樹同屬的巴拿馬香豆樹，在受到雷擊時，其發(fā)熱量比同一區(qū)域的巴拿馬桃花心木，發(fā)熱量低60%。這也為接下來的研究提供了參考方向。

除了油籽香豆樹，在自然界還有一些能夠抗雷擊的植物。比如說分布于北美洲的巨杉。很多巨杉樹在生命歷程中，也經(jīng)歷過多次雷擊事件，但是仍然能存活下來。有研究人員表示，這可能與巨杉的相對較高的導(dǎo)電能力相關(guān)，其樹皮中有較高的水分含量，同時樹脂含量較低。巨杉因為雷擊會引燃地面的枯枝落葉，最終幫助自己清理掉競爭植物，也是一種特別的生存方式。

植物究竟如何在雷擊中存活下來，還有很多謎團(tuán)尚需研究，在未來很可能會影響我們?nèi)祟惤ㄖ谋芾自O(shè)計，對此，我們將拭目以待。隨著研究的深入，植物鮮活的一面會更立體地展現(xiàn)在我們面前。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品

作者：史軍 中國科學(xué)院植物學(xué) 博士

審核：唐存蓮 北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 高級工程師

出品：中國科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 科普中國創(chuàng)作培育計劃

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