葉子的形狀大小變化之多數之不盡,有像巨形扇葉一般的棕櫚樹葉,也有小至 1 平方毫米的沙漠品種,葉之大小變化多端究竟所為何因?現代科學家將之歸因於平衡環境濕度和過熱風險的結果,卻始終未能完全解開謎團。不過最近一項分析了 7,670 種植物葉子的研究,就揭露箇中的複雜因素。
上世紀的植物學家認定熱帶地區植物葉子龐大全因該區雨水充沛。直到 1960 至 1970 年代,物理學家和生理學家再次嘗試拆解問題,指葉子大容易造成過熱,增加葉面蒸騰率(transpiration cooling),令葉子流失水份,因此沙漠植物為減少蒸騰,葉子一般較小,相反生長於陰涼處的葉子較大。然而這個理論無法解釋為何大葉植物仍然在又濕又熱的熱帶地區生長繁盛,而小葉植物為何又可見於氣溫較低的地區。
以生物科學家 Ian Wright 為首的跨國科學家團隊,於是分析 7,670 種生長於全球不同洲、緯度、生態系統、氣候地區的植物,比對它們所處環境的日夜溫度、降雨量和濕度,從而發現主宰葉子大小的新定律。
「我們的研究證明,影響葉子大小的限制,是其面臨的過冷風險,而不是過熱。」要同時避免夜間過冷和日間過熱,需要平衡好可用來作葉面蒸騰的表面面積和邊界層厚度。邊界層能讓靜止空氣將之包圍其中,為葉子提供阻隔。葉子愈大,邊界層愈厚,愈難在夜間吸熱,因而對低溫天氣更敏感,更易受霜凍所害,所以在寒冷之地葉子較小為佳;而葉子可供進行葉面蒸騰的面積愈大,雖能盡快散熱,卻可能導致缺水,因此在炎熱之地同樣以葉小為佳。熱帶雨林的大葉植物因有充足雨水滋養,能大量進行葉面蒸騰,不怕水份散失而死。因此說葉子的大小「大部分由過冷風險決定,同時也是『升溫的可能幅度』和『可供蒸騰的水份』兩者之間的取捨,這個新認知有助我們了解植物的基本作業機制。」
阿德雷得大學植物保護生物學家 Andrew Lowe 指,是次研究結果將影響古生物學家利用植物化石,重塑古代氣候和生態系統,更可預測氣候變化將如何改變植物生長情況,提早得知何種植物會因氣溫與降雨規律改變而減少。