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“落叶不是无情物,化作春泥更护花。”这样说似乎也没错,树叶来自土壤,枯萎后又回归土壤。但为什么枯萎的树叶为什么会自己打卷儿?本期Dr.You要解答的正是这个问题。下面有请获奖者hbchendl

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树叶为什么会打卷?

准确地说,许多阔叶树的树叶在干枯之后会打卷。(虽然也有不卷的)

当然打卷不都因为是干枯,有些昆虫会把树叶当作自己孩子的摇篮,拿一片树叶用丝缝成一个小卷,把卵产在里面。也有一些植物叶片天生打卷,比如卷心菜的菜叶。不过,这些都不在本文讨论范围之内。

其实日常生活中还有一个打卷现象:有些书刊杂志的表面用的是塑封,用一张塑料膜盖在纸面上,过一段时间就会卷起来;而只有一层的纸封面书皮就不容易卷。类比一下我们就很容易猜想到:树叶分层,各层表面的结构不同,导致它们在失水过程中收缩幅度不同,从而卷曲打卷了。

典型阔叶树树叶的叶肉结构一般分成两层:上面比较光滑,由密实的栅栏组织细胞所构成;下层多叶脉,由疏松的海绵组织细胞构成。因为这个差异,绿叶的正面会更翠一点,而反面则有点发白。叶片在干枯的时候会因为失去水分而产生收缩,由于上层细胞较多,当树叶干枯时,上层失水收缩也就比下层严重,所以树叶在干枯时会打卷,而且大都是下层包着上层这样的打卷方式。 此外,树叶从树上掉下来,如果不考虑风的影响,任其自然掉落,大多数是反着掉在地上,这也是树叶内部细胞组织结构造成的,上面重、下面轻。

不过这只是个猜想,为了验证,俺就作个“纸上”模拟实验,来演示一下树叶为什么会卷曲吧。

第一步,取两张不同的纸。这件事好办 ,我找来一张随处可得的打印纸,还有一张同样到处都是的报纸——这两种纸区别大着呢。

第二步,粘贴。拿一盆水来,倒入小半碗稀饭汤。水是用来湿润纸的,稀饭嘛,当浆糊用!用来把两张纸粘在一起。

把两种纸各栽成大小相等的小片,浸入浆糊水里面,报纸很快就湿透了,而打印纸则结实得多,好半天都是白白的,没湿透。只好多浸一些时间。

第三步,晾干。好啦。现在可以把纸拿出来了,把两张同样大小的纸拿出来,贴在一起,用夹子夹住一端,挂起来晾干!看纸条会变成什么样子吧。

夏天气温很高,一两个小时之后纸片就干了,现在让我们来看看实验结果吧:

左边两张是不同材质的纸片(一片报纸与一片打印纸)粘贴起来的,它们打卷了!右边两张是相同材质的纸片(第三张:报纸与报纸,第四张:打印纸与打印纸)粘贴起来的,它们虽然有所弯曲,但弯曲程度明显小于左边的。

纸条的结果让我意外,我以为它会纵向卷成纸卷,结果它却是横向卷成圆棍了。

对比一下,相同材料的纸片(右边三条)依然是直的。而不同材质粘贴的纸片(左边四条)却弯曲了。

再细观察一下,纸张弯曲的方向,是结实的打印纸在外面,松散的报纸被卷到里面了,说明打印纸湿润后膨胀幅度小,干燥后收缩的程度也小。而报纸则收缩得多一点,所以会向报纸这一侧卷曲。叶片的情况也类似。

由此可以理解,那些会卷的叶子都得有这样的两层结构;如果某些叶片没有这样的两层结构或者区分不明确,那也就卷不起来了。遭受病害的叶片由于结构受损,也可能卷出千奇百怪的样子。

实际上这个双层材料的原理在日常生活中应用很广。比如电路里的温控开关,最土的一种是“双金属片突跳式温控器”,就是把两片热胀冷缩不同的金属贴在一起,温度变化时,二者伸缩程度不一,就会弯曲,从而接通或者断开电路。

自然界当然也明白这个道理,记得开篇说的卷心菜吗?其实那些“自然卷”的植物很多也是运用了这个原理,只不过它们不用等到干枯失水才变形,而是一开始的细胞形态就已经不对称了,一边长得快,一边长得慢。如果我们修改相关的叶片发育基因的表达位置,改变生长速度,就能随心所欲改变叶片形状,想怎么卷就怎么卷。

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感谢本期的科学编辑Ent,还有松鼠山要和网友fc_songshuhui的补充!同时感谢文字编辑拇姬!相关的论坛讨论请见这里

这期虽然等得时间长了点(Dr.You出差刚回来……),但答案还是很令人满意的嘛~

好吧来吧,更多的好答案,有木有有木有!!!!哈哈哈哈!!!!

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31 Responses to “[Dr.You第64期获奖]自然卷都不坏,比如说枯叶”

  1. qcthebigapple说道:

    自然卷来报到。。。

  2. 隔岸观火说道:

    庆祝松鼠们归来!坚定支持松鼠们!

  3. 字字说道:

    是 落红不是无情物。。。。化作春泥更...

  4. phi1说道:

    引用:树叶从树上掉下来,如果不考虑风的影响,任其自然掉落,大多数是反着掉在地上,这也是树叶内部细胞组织结构造成的,上面重、下面轻——以上引用纯属放P

    • hbchendl说道:

      这并非我的观点,是另一位网友提出的。
      树叶落下的时候,其卷曲的弧形决定了它下落的时候是凸面向下,是空气动力决定的。而非叶片上下层密度差异所致。

      • starior说道:

        我认为,树叶之所以落下后正面朝上,是因为叶柄朝下弯曲所致,想想看,如果背面朝上,树叶就会被叶柄“架空”,也就是说树叶被风吹动后,正面朝上要比背面朝上更为稳定。

      • 清仔说道:

        那你究竟认为是叶片掉落时正面朝上还是反面朝上?还是说,反着掉地上是正面朝上的说法?

  5. Leo说道:

    树叶从树上掉下来,如果不考虑风的影响,任其自然掉落,大多数是反着掉在地上,这也是树叶内部细胞组织结构造成的,上面重、下面轻。

    这句话有疑问,有人解释下么?

  6. PS说道:

    强势围观苏教版生物课本插图

  7. phi1说道:

    楼上的,n久以前亚里斯多德就在比萨斜塔放下一大一小球球,两个球球一起落地了。这是起码的物理概念

  8. redqueen说道:

    多么给力的题目……

  9. 海飞丝说道:

    文中对树叶打卷原因的解释和纸张实验的结果不是正相反吗?

  10. nipper说道:

    庆祝松鼠回来!

  11. hbchendl说道:

    除了粘纸的图片那部分看着像我写的,其他的似乎并不是我写的文字呢。

  12. cheva说道:

    庆祝回归,前几天出什么事啦?

  13. 二次元说道:

    觉得楼上有位说是空气动力的原因比原文重力的原因有道理

  14. mu5mu说道:

    纸条的结果让我意外,我以为它会纵向卷成纸卷,结果它却是横向卷成圆棍了。

    ===================================================
    这是因为报纸纤维纹理的关系吧。
    把报纸转90度在和打印纸黏在一起,就会纵向卷成纸卷了。我猜。。

    • hbchendl说道:

      非也!其实原因很简单,就是我的晒纸条时是竖着挂的,纸条没有能量向上卷。纸张的纤维是各向同性的。并没有什么方向性。

      • starior说道:

        纸条长宽比差异太大,沿宽向变形肯定要比沿长向容易,应该做个长宽比小一点的纸条。

  15. 孤竹牧狼人说道:

    隔了半年公布答案。。。
    竟然我还是木有入围。。。
    情何以堪。。。
    泪奔。。。

  16. 清水蘑菇说道:

    木材纤维的微纤丝排列方向,影响纸张蜷曲方向。

  17. nanerhebu说道:

    怎么变都有型

  18. nanerhebu说道:

    怎么变都有型

  19. future说道:

    为什么不是热涨冷缩?

  20. 鱼小刀说道:

    喂喂,看这标题,明显是银魂脑残粉吧= =