几个世纪以来，发明家、学者和艺术家达芬奇以其精确、比例协调的绘画和富有想象力的设计而受到赞誉。他在牛顿之前一个世纪就认识到了重力与加速度的相似性，他的艺术作品在透视和几何方面堪称天才之作。

但仔细观察后，似乎达芬奇提出的解释树木生长规律的其中一条规则并不适用于每种情况。

在他的笔记本上勾勒树木时，达芬奇提出树枝或树干的粗细等于所有分枝的粗细之和。

这对于初学者来说可能是个好建议。科学家们后来证明，达芬奇所描述的关系可能解释了树木如何抵抗风中的断裂。但根据两位植物科学家的新研究，这种比例在微观层面上并不成立。

公平地说，达芬奇观察的是树木的外部，而不是高耸的木材内部，水分从冠层叶片蒸发时会通过内部管道(称为木质部)被吸入。

然而，这些导管与周围树木的大小比例是斯图尔特·索普和鲁本·瓦尔布埃纳，这篇新论文的合著者们最感兴趣的。他们希望确保树木生长模型的比例正确，以更好地了解树木对干旱的敏感性和对碳储存的贡献。

研究人员在他们发表的论文中解释道：“尽管很少有证据表明达芬奇的规律一直存在，但许多树木的生物模型都从达芬奇的规律中汲取灵感，用于模拟植物的外部分支网络和其导管系统。”

达芬奇的“树木规律”并非第一次受到质疑或根据现代测量进行修正。就在去年，研究人员指出，树枝的宽度和长度更能反映树木的分支结构，而不仅仅是粗细。

至于树木的内部结构，索普和瓦尔布埃纳认为，由于流体力学的原因，树木的水分输送通道不能按照达芬奇的规律保持相同的比例，即随着树木向上变细，通道的尺寸会变窄。

索普和瓦尔布埃纳通过对树木内部水力学的建模提出，这种生长模式使得树木的导管通道在树冠末梢变细时扩大，以保持足够的力量将水吸入树干。

不同的分支网络体积求和模型，展示了网络总体积(黑色外侧形状)和总导电体积(红色内侧形状)如何随不同的渐变系数(tR、tr 和 tl)和凝聚率(mk 和 pk)而变化。

不仅如此，这种生长模式还节约了用于构建高效能水分和养分输送系统的碳的数量，从根部到叶尖。

“我们的目标之一是提供一个可用于估计森林树木生物量和碳储量的比例，”来自威尔士班戈大学的环境科学研究生索普说道。“这个新的比例将有助于计算树木对全球碳的吸收。”

研究人员还表示，他们修正后的模型完善了一种被称为代谢缩放理论的主导理论，该理论预测了植物的高度、生物量、直径和叶面积如何随着大小的变化而变化，从而提高了我们对植物系统的理解。

“我们的重新计算也许可以解释为什么大树更容易受到干旱的影响，也可能更容易受到气候变化的威胁，”瑞典农业科学大学的植物科学家瓦尔布埃纳补充道。

鉴于代谢缩放理论本身已经经过长时间的争论，许多森林与其预测不符，我们可以预期索普和瓦尔布埃纳的模型也将受到类似的审查。但是，努力使我们更接近了解树木对干旱和其他气候极端事件的脆弱性无疑是一件好事。

这两位研究人员希望他们的发现能够催生进一步的研究，以获取来自树木的数据来测试他们的预测，同时他们将继续完善他们的植物生长模型。

本文译自 ScienceAlert，由 sein 编辑发布。

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