樹(shù)木作為一種生物個(gè)體，其目的就是盡可能地保證自己的生存和繁殖，而要達(dá)到這一點(diǎn)就需要從環(huán)境中獲得物質(zhì)和能量。其獲得物質(zhì)和能量主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)部位，一個(gè)是根，另外一個(gè)就是葉。葉子最主要的功能是進(jìn)行光合作用，利用光能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物為自身所用，為了最有效地進(jìn)行光合作用，在保證在平衡樹(shù)木本身蒸騰作用、養(yǎng)分運(yùn)輸和性器官（花、果）的生長(zhǎng)情況下就要讓葉子能接觸到陽(yáng)光的表面積達(dá)到最大，而葉子的的載體----樹(shù)干就要進(jìn)行分支，擴(kuò)大生長(zhǎng)葉子的面積。

從細(xì)方面說(shuō)，樹(shù)枝的分叉選擇其實(shí)是非常合理的。

首先，樹(shù)枝分叉并不是隨意的，是樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中不斷調(diào)整的。樹(shù)木的生長(zhǎng)分初級(jí)生長(zhǎng)（primary growth）和次級(jí)生長(zhǎng)（secondary growth）。初級(jí)生長(zhǎng)是指頂端分生組織形成的生長(zhǎng)，主要是芽和根尖；次級(jí)生長(zhǎng)主要是指?jìng)?cè)生形成層（lateral meristem）形成的生長(zhǎng)。樹(shù)的分支就屬于后者，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是來(lái)自葉腋分生組織（Axillary meristems），多處于葉子和枝干接觸部位的上方。在植物的生長(zhǎng)過(guò)程中葉腋分生組織不斷形成，但是葉腋分生組織是處于休眠還是激活、激活后形成腋芽（Axillary bud）是否繼續(xù)生長(zhǎng)，生長(zhǎng)情況如何，都是受到精密調(diào)控的。一個(gè)普遍的例子就是我們高中所學(xué)的“頂端優(yōu)勢(shì)”，是生長(zhǎng)素介導(dǎo)的植物的頂芽?jī)?yōu)先生長(zhǎng)而側(cè)芽受抑制的現(xiàn)象，決定了樹(shù)分叉的生長(zhǎng)情況。除此之外還有其他的植物激素和基因控制，有興趣的話(huà)可以看看這篇文獻(xiàn)：Something on the side: axillary meristems and plant development，里面有詳細(xì)介紹樹(shù)枝分叉的調(diào)節(jié)。

其次，樹(shù)枝的分叉也體現(xiàn)在精密的生長(zhǎng)設(shè)計(jì)上。在植物的次生生長(zhǎng)上，很多時(shí)候是符合斐波納契數(shù)列（Fibonacci Sequence）的，指的是這樣一個(gè)數(shù)列：1、1、2、3、5、8、13、21、可以歸納為F0=0，F(xiàn)1=1，F(xiàn)n=F(n-1)+F(n-2)。這個(gè)數(shù)列有一個(gè)性質(zhì)，越往后面，相鄰兩個(gè)斐波納契數(shù)（1/2, 2/3, 3/5, 5/8, 8/13）的比越近似等于0.618黃金分割，這個(gè)數(shù)列又稱(chēng)為又稱(chēng)黃金分割數(shù)列。在發(fā)育成樹(shù)枝的葉腋的排列中，記任意一個(gè)點(diǎn)為0然后往上數(shù)，知道另一個(gè)相同位置出現(xiàn)葉腋，其中的周數(shù)/葉腋數(shù)（1/2, 1/3, 2/5, 3/8, 8/13）很多都是斐波那契數(shù)的相鄰兩個(gè)。這趨近于黃金分割點(diǎn)的排列方式可以保證在空間上錯(cuò)落開(kāi)，充分利用陽(yáng)光。具體可，另外國(guó)外還有小朋友利用這個(gè)數(shù)列設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能電池樹(shù)，好像效果不錯(cuò)。當(dāng)然，也不是所有書(shū)都遵從這個(gè)的。

除了斐波納契數(shù)列，樹(shù)枝分叉還有一個(gè)特性，就是當(dāng)樹(shù)木分岔時(shí)，樹(shù)干和樹(shù)枝之間存在某種關(guān)系----樹(shù)干的粗度等于同一高度樹(shù)枝的總粗度，用數(shù)學(xué)表示的話(huà)是 D2 = ∑di 2，其中D表示樹(shù)干的直徑，di表示次生分枝的直徑，i = 1, 2, ... n（真實(shí)情況其中的指數(shù)介于1.8到2.3之間）。這個(gè)現(xiàn)象是由達(dá)芬奇發(fā)現(xiàn)的，所以也稱(chēng)達(dá)芬奇公式。那么為什么分枝會(huì)遵循這個(gè)公式呢？最近Physics Review Letters發(fā)表的文章Leonardo’s Rule, Self-Similarity, and Wind-Induced Stresses in Trees給出了可能的答案。作者建立了模型分析，從工程學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)是最能抵抗強(qiáng)風(fēng)的設(shè)計(jì)，而樹(shù)木的分叉在演化過(guò)程中就“自動(dòng)”演化出了符合達(dá)芬奇公式的結(jié)構(gòu)。

最后，樹(shù)木分叉最終形成的樹(shù)冠，而樹(shù)冠的“設(shè)計(jì)”其實(shí)也非常有講究。一般來(lái)說(shuō)樹(shù)冠可以分為六種形態(tài)：長(zhǎng)型、球型、橢圓型、瓶型，金字塔型和垂枝型,一般來(lái)說(shuō)這跟頂端優(yōu)勢(shì)是否明顯有關(guān)系，如果頂端優(yōu)勢(shì)明顯，向兩邊生長(zhǎng)就會(huì)抑制，形成高大的樹(shù)，如松樹(shù)；如果頂端優(yōu)勢(shì)不明顯，樹(shù)就會(huì)傾向于橫向生長(zhǎng)，如橡樹(shù)。樹(shù)冠的形態(tài)和生長(zhǎng)地域息息相關(guān)，舉個(gè)例子，多在寒冷地球的針葉樹(shù)，樹(shù)冠和切面面積寬度比溫帶地區(qū)的數(shù)目要小，而且呈金字塔狀，這樣的結(jié)構(gòu)可以防止在下雪的時(shí)候側(cè)枝積累過(guò)多的重量，導(dǎo)致樹(shù)枝的折斷，從而保護(hù)樹(shù)木。

因此，樹(shù)木分枝的原因是在保證其它條件平衡的狀況下讓樹(shù)葉有更多的著生空間以便更好利用陽(yáng)光。而且分枝的形式并不是隨意的，而是收到植物體基因和激素的嚴(yán)格調(diào)控，而且在演化的過(guò)程中分枝的方式最大程度地達(dá)到了適應(yīng)環(huán)境保護(hù)自身的目的。

作者：葉一
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