终身学习并不是现代教育学的发明,树木掌握这一能力已有数百万年之久。尤其对能存活上千年的生物来说,学习是生死攸关的事情。寿命短暂的生物可以频繁且大量地繁殖,还可以通过基因突变快速适应环境。大肠埃希菌(也称大肠杆菌)等微生物在适宜条件下甚至可以每20分钟就数量翻倍
——这速度是树木无法想象的。某些巨型植物在极端情况下需要数百年才能性成熟,即使是如桦树和杨树等生长迅速的树木,也仍然需要5年才能第一次开花。
此外,在森林中,想要更新换代还得有个“编制”才行。一棵母树死亡后会在森林树冠区形成一个缺口,让阳光和降雨不受阻碍地落到地面上,这样后代才有机会成长起来。对德国典型的本土原始森林树种山毛榉来说,一次更新换代需要等300~400年之久。因此,针对持续的环境变化而进行相应的基因变异的时间也非常久,甚至太久了。
不过基因突变并不是适应不断变化的自然环境的唯一途径,这点我们人类也深有体会。在过去几千年中,人类的基因几乎没有发生改变,而我们的生活方式却在相对短的时间内发生了翻天覆地的变化。我们的先辈积累经验,学习如何应对改变。他们没有通过改变基因来适应环境,而是通过改变行为。只有这样,人类这一物种才既能在冰天雪地的北方定居,又能在酷热难耐的热带草原生存。长寿物种的生存秘诀就在于学习以及传递知识。而事实证明树木也是这样做的,你可以在下个炎热夏季亲自去验证这点。
在森林学院的林区,古老的山毛榉森林在2018年和2019年的夏季干旱中展现出了令人惊奇的稳定性。在周边的种植林中,不仅云杉和松树大量死亡,甚至许多老的阔叶树也在8月就把叶子都掉光了,而这片自然保护区中的景象则完全与之相反。郁郁葱葱的树冠遮蔽了阳光,其下是一片幽暗,甚至在长达数月缺少降雨的情况下,这里仍然保持着令人舒适的凉爽和潮湿。
而在2020年,第三个连续干旱的夏季,情况发生了变化。虽然直至7月一切都看起来和前两年没什么区别,但之后8月的热浪终究是太过强大。山坡上的森林尽数染上了黄褐色,仅仅3天时间树叶就大量掉落。盛夏时节,却有成千上万片树叶飘落,穿过这样一片森林,简直令人感到窒息。直到这时我才开始担心这片山毛榉林的未来,尤其是受影响较重的北面山坡上的树木。这一方位本是特别适合森林生长的,但恰恰是这里出现了一些特别明显的症状。
北坡上白天阳光照射到地面的时间要比南坡短几个小时,主要是由于北坡地面不仅被树木遮蔽,而且位于整座山的背阴面。较短的光照导致北坡气温更低,在这种环境下水分蒸发也更慢。阴凉舒爽的环境让山毛榉和栎树都十分惬意。这一差异还会体现在生长状态上,北坡树木的重量几乎能达到南坡树木的两倍,因为南坡的炎热和干旱妨碍了树木的光合作用。简而言之,北坡就是树木的天堂,或者起码在此前一直都是。
南坡则相反,从树木需求的角度来看,那里一直都算是灾区。它就像一个巨大的太阳能电池,倾斜着迎向太阳,整天都能接收到足量的光和热。南坡的降雨不论是在树冠处还是在地面上都蒸发得更快,而在炎热的夏日,这面山坡上的山毛榉和栎树也明显早就吃不消了。因此南坡上的树木能通过光合作用制造养分的日子要远少于北坡上的同伴。换句话说,南坡当前的气温以及蒸发速度等情况,正是北坡在气候变化过程中将要碰到的。
然而,南坡树木所受到的压力明显要比北坡树木小,我们可以通过树叶是否变为黄褐色来肉眼判断这点。虽然在2020年南坡上的树木也并非毫发无损,但常年如苦行僧般的生活经验让它们及时切换到了紧急模式。这让它们能减少水分消耗,并进入一种半休眠状态。
而北坡上情况则刚好相反,炎热的8月来袭时,这些树木显然丝毫没有意识到灾难即将来临。即使在2019年干旱最严重的时候,这里的地面也一直有树荫遮蔽,仍然保持得足够湿润,直到2020年7月依然如此。但此时最后一点水分储存却突然耗尽了。之所以突然,是因为一棵成年山毛榉在炎热的夏日一天的水分蒸发量可达500升,这样一棵大树若没有及时踩下刹车,那么当天空没有降水补给时,就会突然发现脚下干得只剩沙土。树根虽然发现了这一突如其来的干旱,但改变策略为时已晚。节省珍贵的水资源已经来不及了,现在只能紧急刹车。
北坡上的树木不得已只能大量落叶,匆忙地减少蒸发面积。这一场景之夸张,单从其落叶速度就可见一斑。短短3天之内,大部分叶片就已掉落,这对树木来说称得上是全力冲刺。你可以将其和正常秋天落叶进行对比。那时树木会先慢慢将叶片中的绿色素,即能进行光合作用的叶绿素撤回,将其分解并储存在树枝、树干和树根中,以便来年再用。这样第二年就不用再浪费精力重新制造叶绿素了。叶绿素撤走后,树叶中隐藏的黄色素就开始显现。当所有重要的营养物质都撤走后,树木就会开始合成一种由软木构成的分离层,之后树叶就会掉落到地面。整个过程进行得十分从容,往往持续数周,到11月才结束。
但2020年8月的那场紧急落叶则不同,那纯粹是一种恐慌反应。起初,山毛榉是想按部就班,仍然按照秋天的方式来落叶。但很快它们就发现,这样太慢了,还会有大量的水分被蒸发掉。如果此时它们仍不能及时改变策略,那它们将很快枯萎并死亡。
因此山毛榉加快了速度,不仅会脱落褐色的(撤光养分的)树叶,还包括黄色的,甚至绿色的叶片。脱落绿色的叶片对山毛榉来说是最高级别的警报信号。倘若一棵树将叶片中蕴含的宝贵营养物质舍弃掉,而不是(像在秋天时一样)将其从叶片中回收,那么它的生命将岌岌可危。因为来年春天它需要调用这最后的营养储备让自己从休眠中醒来,并生成新的叶片。这时如果有疾病来袭或者再次发生干旱,它的能量就会耗尽,最终走向死亡。因此山毛榉只有在最危急的情况下才会脱落绿色的叶片。
尽管十分匆忙,但从北坡上的一片混乱中我们仍然可以观察到一些秩序。这些树木在落叶时首先是让顶层树冠部分的叶片脱落,再一层层地轮到低处树枝上的叶子。这一策略对大部分树木来说都算成功,因为之后风向就变了,由南向北的气流将湿润的空气带到了艾费尔山区,云团升腾至山坡上方,降下了大量雨水。由此,树木极度的干渴终于得到纾解。它们停止继续落叶,将其往后推迟,尤其是那些仍处于饥饿中的树木。它们剩下的树叶并没有像往常一样在10月掉落,而是推迟到11月才掉落,以此来制造更多的养分,为即将到来的冬天储备营养。
从远处看,森林面对干旱危机时的表现往往要比实际情况更加夸张。一般来说,树冠最外层的树叶是最先由绿变黄的,因此从远处望去,这些山毛榉林和橡树林整体看起来都愁云惨淡。然而,当你实际置身于这些森林之中时,往往会惊讶地发现它们仍然生机勃勃。因为在树冠下散步时抬头看到的是树冠内层的树叶,这些树叶仍然是青翠饱满的。只有当8月所有的叶子都飘落地面时,才是真正的红色警报。
韦尔斯霍芬北坡的大部分树木都将挺过这次打击,但也得到了教训,它们学会了如何更好地分配水资源。它们余生都不会再大手大脚,喝水只能省着喝,冬天土壤中储存的降水也不能在下个春天全部喝光。我们可以通过一些测得的数据观察到这种行为的改变,例如树干直径的增长速度变慢。有了这次痛苦的经历之后,即使未来不再发生任何干旱,这些树木也将始终坚持这一新的策略,毕竟谁也无法预料会发生什么……
这种由新的经验所引发的行为改变,我们称之为学习,而学习是所有长寿生物最重要的生存策略。
植物的学习要更加复杂,让我们先将目光从树木身上移开,来关注一下豌豆。这种豆科植物有种独家优势,相比于栎树或者山毛榉,它们更易于在实验室进行操作。而在研究者的人造空间当中,这群小小的植物为我们揭示了惊人的秘密。来自澳大利亚悉尼的生物学家莫妮卡·加利亚诺在实验室中像训练狗一样训练豌豆。你肯定听过苏联医学家伊万·彼得罗维奇·巴甫洛夫的实验,他对狗的行为进行了研究。当他给狗端来食物时,狗就会开始流口水。当他摇响铃铛时,狗并不会流口水。之后他开始先摇铃铛再喂食。不久之后,狗就会在听到铃响时开始流口水,即使之后根本没有食物可吃。这一行为我们称之为条件反射,两种完全不相关的刺激与同一事情产生了联系。而豌豆同样可以产生条件反射!
莫妮卡·加利亚诺先将植物放置在黑暗中,让它们变得饥饿。之后她不时用蓝光照射这些小植物。光是光合作用的能量来源,而这些豌豆现在非常饥饿,它们会迅速将叶片伸向光源。你可能在家里的盆栽上也见到过这一现象。但仅是这一现象还不足为奇,豌豆的与众不同之处在于,当它们再次处于黑暗中时,它们会让叶子重新回到中间位置。现在研究员将光与气流相结合,在开灯之前先向植物喷一股气流。实验的最后,研究人员在黑暗中向豌豆喷气,但之后不开灯。神奇的事情发生了——这些植物将叶片朝着气流的方向伸去,它们很明显在期待这个方向随后会有光照出现。这说明它们能将气流这一与光合作用毫不相关的刺激和光照联系起来,换言之,豌豆有联想能力。根据莫妮卡·加利亚诺的观点,许多植物可能都具有这种能力。
其研究结果说明,我们这些绿色同伴的学习能力要比我们之前预想的复杂得多。它们适应变化的能力应当也比我们所认为的要更强大。要说明这点,我们需要再次将目光投向树木。
树木的学习能持续多久?位于德国梅克伦堡-前波莫瑞州伊沃纳克附近的一些例子尤其让人印象深刻。这里的夏栎有着短粗的树干和遒劲弯曲的枝丫,它们的年龄在500~1 000岁之间,是德国最古老的树木之一。其中最雄伟的树树干直径可达3.49米,体积达到180立方米,是德国树木平均值的360倍。
在林务员的眼中,老树非常容易染病。他们认为其价值很低,因为它们内部的木质常因受到真菌侵染而腐坏,这样就没办法再送到锯木厂加以利用。此外,公职护林员普遍认为,这帮老家伙在高温和干旱面前毫无还手之力。因此有必要尽早将其砍伐,用年轻有活力的树木取代它们。然而,这不过是为了能在砍伐粗壮珍贵的树干时免受公众抗议干扰所编造出来的公关故事。现在,真正的老树在森林中已经找不到了,只有在公园等环境中才能发现它们的踪影。因为这些地方无关林业生产,这里的人们才是真正热爱树木本身。
生长在伊沃纳克的夏栎在气候变化之前的生活就已经十分艰难,毕竟在这样大规模的种植林区是没有真正的森林气候的。与它们在真正森林中的同伴相比,它们的寿命本应更加短暂。可在所有本土栎树中,它们才是长寿纪录保持者,这或许与它们的学习行为有一定关系。
科研人员对其中最老的一株栎树进行了仔细检查。同人类一样,树木也可以接受CT(计算机断层扫描)。如此一来,我们可以在不损伤植物的情况下探查其内部结构。检查结果显示,这个巨人的内部已经完全腐烂空心,仅剩薄薄一层外壳。在宽约3.5米的直径中,外部较为健康的木质层厚度仅为6~50厘米,一些部位甚至已经失去支撑能力。树木必须依靠这些仅存的部分,完成抵御风暴、将水分向上输送至树冠,以及反过来将营养物质向下输送至树根等任务。因此在2018年的干旱中,这些夏栎形容凄惨、令人担忧,也就不足为奇了。此外,这群老树生长在一个动物园中,这里满地都是欧洲盘羊和黇鹿的粪便,导致土壤中氮元素过剩,这对树木来说是完全无福消受的。
2020年,在连续经历了两个夏季干旱后,一个由安德烈亚斯·罗洛夫教授带领的研究团队开始忧心忡忡地对处于第三个夏季干旱中的老树状态进行检查。检查结果很快就出来了,树木的状态竟然非常好!罗洛夫表示,树叶以及树枝的检查结果都表明,它们的状态对这个年龄的老树来说堪称完美。
为了解更多详细情况,研究人员用投掷绳从夏栎的树冠处采集了树枝样本。令人惊奇的是,研究人员竟然在嫩枝上找到了无梗花栎的树叶,即另一种栎树的叶子。事情还远不止于此,除了也有看起来像无梗花栎的果实外,树枝上甚至还有一些只属于比利牛斯栎的树叶。不同的栎树品种竟集合在同一株树上?
林业界很早就流传着一种理论,即无梗花栎和夏栎并非两个不同的品种,它们只是由于生长环境不同而外形相异的同一物种而已。
夏栎果实连接处有长柄,因此也称长柄栎。其树叶外形与无梗花栎稍有区别,二者之间的主要区别在于生长环境不同。无梗花栎生长在丘陵和山区的干燥地带,而夏栎则可以忍受长达数月的水浸,因此生性更喜欢生活在低洼位置,如河岸森林中。因此,至少目前林业界认为,二者并非不同物种。而且在野外森林中,要明确区分二者的树叶和果实的特征也不那么容易,因为两种栎树互相杂交的情况非常普遍,其后代形成了各种各样的中间形态。
因此,对伊沃纳克栎树的这一研究能让我们得出一种新的观点,即二者并非两种不同的树,而是同一种树在适应各自气候环境后形成了不同的外形。基因研究表明,伊沃纳克这些老树的祖先是在冰河时代后从西班牙迁移回来的。倘若现在德国的气候再次变得温暖干燥(正如它们最初故土的气候一样),那它们很有可能会适应这一环境变化且改变树叶形状。这些栎树在经历了2018年的干旱以及后续2019年和2020年两个非常严重的旱季之后,仍然能够自我恢复,这也能很好地说明问题。
换句话说,这些老树可能记起了它们祖先的故乡!
还有一种可能是,我们正在见证新树种的诞生。不过这里的见证是相对的,因为这一过程可能会持续数千年。本土栎树现在可能正分化为夏栎和无梗花栎两个新品种。这一说法可能听起来有些奇怪,因为其杂交种随处可见。栎树是风媒传粉,其花粉会随风飞行数千米抵达周边的树木。它们之间会持续发生杂交,而当树种不断由于杂交而发生改变时,何谈形成一个新的树种呢?
德国本土动物界中也有一个面临类似问题的例子,即小嘴乌鸦,它们可能也即将形成一个新的亚种。小嘴乌鸦会飞行很远的距离,同其他地区的乌鸦进行杂交。尽管如此,仍然有一种特殊的颜色变种——冠小嘴乌鸦——从中分离出来。基因研究表明,小嘴乌鸦和冠小嘴乌鸦属同一物种,且相互之间可随意交配。不过它们在区域分布上常常表现出很大不同。例如在韦尔斯霍芬周围的本土森林中看不到冠小嘴乌鸦,在易北河东岸则常常只有冠小嘴乌鸦而见不到小嘴乌鸦。
尽管这两种颜色的乌鸦也可以产生杂交后代,但这种情况非常少见。这与一种自然现象相关,我们也能在家养的鸡,甚至羊身上观察到这种现象,即颜色相近的动物会觉得彼此更加亲近。这样冠小嘴乌鸦能够保持自己独立的种群,今后也很可能会发展成一个单独的物种。
栎树之间当然不会有这种亲近感,毕竟花粉无法自己决定要降落在哪一朵雌花上,或是不降落在哪朵花上。故而对前文栎树现象的合理解释应该还是它们对各自生长环境和不断变化的气候产生了适应性变化,导致花和果实的外形发生了改变。在我看来,两个不同物种的理论不太可信。
此外,对伊沃纳克栎树的研究还揭示了另一个现象:即使是最老的那些树木,也能够适应不同的环境条件。你可能已经在我的《树的秘密生命》一书中了解到,树木也会学习知识,且能将学到的知识长久保存。若树木已经学习了1 000年,那它们应当比年轻的、刚培植出的树苗更好地知道要如何应对夏季干旱。因此,这些研究结果也告诉我们,应当让我们森林中的树木活得更久一些。
通过学习可以积累大量知识。我们人类会将这些知识存储在书籍或电脑中,抑或在远古时期以口口相传的方式传递知识。那树木是如何做的呢?当它们的生命走向尽头时,它们终生积累的经验也会随之消亡吗?人们一直在探索这些问题的答案,而今终于有一门年轻的学科关注这些问题并找到了答案:树木也会将其智慧传递给下一代。