國寶植物智利南洋杉的秘密被破解

七君

智利南洋杉（Araucaria araucana）

智利南洋杉（Araucaria araucana）

智利南洋杉雌樹的大孢子葉球

在南美洲的智利和阿根廷的一些海岸邊，長著一種神奇的樹——智利南洋杉（Araucaria araucana），它的技能在整個自然界都可以說是獨一無二的。

拿外貌來說，這種樹明明屬于松柏，卻長得像多肉。它的針葉很粗很大，要上樹的猴子可能忍不了，因此也被戲稱為“猴迷樹”。另外，智利南洋杉還很硬，這是因為它的老家經常遭雷劈，而雷電容易引發山火，因此那里的樹普遍皮厚，它們通過這種方式來適應雷劈后的火災。另外，智利南洋杉還很直，因為樹干挺拔，智利南洋杉的木材還曾被當作桅桿。

除了粗大硬直以外，智利南洋杉還非常能長。一方面，它可以長到40米高，另一方面，它很長壽，單株能活超過1200歲;而作為物種，智利南洋杉在地球上已經存在了2億年了，曾遍布全球，而它的長相也沒有發生巨變，因此常常被叫作“活化石”。因為古老，它們常常被拿來當背景道具，出現在關于恐龍的藝術作品中。

在智利的原住民馬普切人的祭壇上，智利南洋杉代表著豐收和生殖力。1976年，智利宣布智利南洋杉為“國家遺跡”，使它成為了智利的國樹。

因為壽命長，智利南洋杉到了30～40歲才會生Baby。雌樹會開花，長出大孢子葉球，雄樹能上粉，授粉成功的話，雌樹的大孢子葉球就會長出類似于松果的果子。它們的種子在當地叫作Pinones，是一道美味，可以烤著吃，可以用來制作點心，還可以在發酵后做成一種叫作Muday的酒精飲料。

實際上，第一個將智利南洋杉帶到英國的英國植物學家 Archibald Menzies ，他和智利南洋杉種子的第一次正式見面就發生在智利總督的餐桌上，只不過智利南洋杉的種子還沒“開口”就被Menzies 吃掉了。因為覺得很美味，Menzies 才想到把它帶回英國。后來，智利南洋杉就成了維多利亞公園的典型造景植物。

用智利南洋杉種子制作的點心

智利南洋杉迷倒物理學家

但是，智利南洋杉迷倒的不只有美食家和植物學家，還有一大批物理學家。實際上，多年來物理學家們一直想知道，為什么水在智利南洋杉的針葉上只會往一個方向流？最近，我國的學者找到了這個謎題的解釋，他們把研究結果發表在今年的《科學》（Science）上。我國香港城市大學的工程學家王鉆開的團隊發現，液體在智利南洋杉上的主動定向流動靠的是毛細現象，而液體在智利南洋杉上具體怎么流，不僅和它的葉片的特殊結構（比如鱗片的間距和角度）有關，還取決于液體的表面張力。

不過，能夠在不花力氣的情況下定向“輸液”的生物并不是只有智利南洋杉一種。比如，翼狀豬籠草的“豬籠”開口上的毛細結構也能夠有效地定向引導水流。有趣的是，如果把豬籠草倒過來，水就無法上升。也就是說，豬籠草的表面是一種生物“二極管”。

一些居住在干旱地區的動物也能做到這一點。比如得州角蜥具有能自動鎖水和運水功能的皮膚。它們的皮膚能夠收集水蒸氣和小水滴，并且不花力氣地讓水自動流到它們的嘴巴里。這主要是因為它們的皮膚具有特殊的結構，這些結構形成了毛細管，然后就利用毛細現象引水入口。

翼狀豬籠草（Nepenthes alata）

然而，智利南洋杉和上述生物不同的一點在于，如果把表面張力比水小得多的乙醇（酒精）倒在智利南洋杉針葉上，它也只往一個方向流，而且是水的反方向。如果把液滴想象成氣球，那么表面張力類似于液體的“彈力”，顯然智利南洋杉能夠區分液體的“彈性”。

換言之，智利南洋杉是世界上首個被發現能夠讓不同液體自動朝不同方向定向流動的自然物體。王鉆開指出，這是人類首次記錄到的能夠對不同液體實現定向運輸的材料。他還表示，水和酒精流向不同這一點令人訝異，因為傳統理論認為，液體在表面的流動方向主要是由材料表面，而不是液體本身的性質決定的。王鉆開的團隊還模擬智利南洋杉，設計了同款材料，水和酒精可以在上面定向移動，就像在智利南洋杉上一樣。

利用這種仿生材料，他們還開發出了高級玩法。如果把酒精和水混合，混合液的流向取決于酒的“烈度”。酒精濃度小于10%，這種淡酒還是會向后流;酒精含量超過40%時就會往前流了。更有意思的是，酒精濃度在10%～40%的酒水會同時往兩個方向流動。

王鉆開表示，這是人類首次在同一表面上實現對不同液體的定向運輸，并成功解決了1804年來材料科學的一個大問題。不過，研究者們并不知道智利南洋杉演化出這種“御水術”的目的是什么，有可能是單純地為了將水和其他雜質分離。

王鉆開（左）和同事研發的模擬智利南洋杉的仿生材料

不幸的是，這種幫助人類解決了科學難題的粗大硬長生物，卻由于人類活動而瀕危。實際上從1990年開始，智利就禁止砍伐智利南洋杉，只有土著居民被允許采集和使用死掉的智利南洋杉木頭。而智利南洋杉也受到《瀕危野生動植物物種國際貿易公約》（CITES ）的保護。但是這些舉措并沒有遏制智利南洋杉的消失勢頭。聯合國環境規劃署的世界保護監測中心曾經利用衛星數據對25年里智利南洋杉的分布情況進行了調查，發現從1977年開始，64%的野生智利南洋杉森林消失。2013年，智利南洋杉被世界自然保護聯盟（IUCN）列為瀕危級植物。現在，野生的智利南洋杉只分布在智利和阿根廷的安第斯山脈上的不到400平方千米的山坡上。

雖然在野外已經很少見了，但智利南洋杉是很受歡迎的景觀植物，在世界各地的許多庭院里能看到它們的身影，仿佛它們從馬普切人的祭壇來到了更大的世界的祭壇上。

（本文經授權轉載自“把科學帶回家”公眾號，有刪節）