落葉機制賦予葉片初始狀態(tài)，而空氣動力學(xué)決定了葉片在空中的運動軌跡，環(huán)境條件則進(jìn)一步?jīng)Q定了地面落葉的最終狀態(tài)

初冬時節(jié)，片片落葉為大地鋪上地毯。欣賞落葉美景時，有心人會發(fā)現(xiàn)：一些落葉正面向上，一些落葉卻背面朝天，其中蘊藏著植物生理與空氣動力學(xué)的秘密。

落葉是植物為了適應(yīng)環(huán)境變化而主動選擇的一種生存策略。入秋后，隨著日照時間的減少和氣溫的降低，許多植物通過精確調(diào)節(jié)其內(nèi)部激素的水平和分布，來實現(xiàn)葉片與樹木的分離。

葉片的生理特性是影響落葉朝向的因素之一。植物葉片的兩面構(gòu)造不同：葉片的正面，緊貼上表皮的一至數(shù)層圓柱狀薄壁細(xì)胞排列緊密，被稱為柵欄組織，緊實度高，其中含有較多的葉綠體，能夠高效地進(jìn)行光合作用。當(dāng)失去水分時，柵欄組織細(xì)胞變得更加緊密，難以伸展，葉面卷曲成凹形；葉片背面，細(xì)胞形狀不規(guī)則，含葉綠體較少，排列疏松，被稱為海綿組織，主要提供水分和營養(yǎng)，保障光合作用順利進(jìn)行。失水時，海綿組織易拉伸，葉背會保持微凸的狀態(tài)。所以，許多落葉會呈現(xiàn)出向內(nèi)卷曲的特點。

當(dāng)葉片飄離枝頭，在重力作用下墜落地面。有觀點認(rèn)為，葉片的正面因密度大而更容易朝下著地，但事實真的如此嗎？研究表明，葉片的下落過程并非簡單的直線下落。因為葉片形狀并非完全對稱，加之空氣阻力差異、渦流和風(fēng)等因素影響，葉片以翻滾和旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜運動形態(tài)下落。雖然葉片存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異與外在形態(tài)變化，在一定程度上影響著葉片的飄落狀態(tài)，但旋轉(zhuǎn)動能和空氣阻力才是決定葉片在下降過程中朝向的主要因素。因此，在靜態(tài)條件下（如無風(fēng)環(huán)境），葉片也會不停旋轉(zhuǎn)，落地時哪面朝上通常呈隨機分布狀態(tài)。

在特定環(huán)境中，落葉朝向會出現(xiàn)偏向性。風(fēng)速較高時，例如公路上有車輛行駛或林間小路上有人活動時，會產(chǎn)生氣流，讓落地的葉片繼續(xù)移動甚至翻轉(zhuǎn)。相比而言，凹面朝下的葉片更穩(wěn)定，因為它消減了更多的空氣阻力，并且其形態(tài)使受力分布更均勻，不易被再次吹動或翻滾。最終，凹面朝下的狀態(tài)占據(jù)主導(dǎo)地位。而在無風(fēng)的森林深處或靜止的水面上，葉片的朝向更多是空中隨機翻滾的結(jié)果，正面和背面朝上的比例接近相等。

由此可見，落葉朝向是植物生理與物理規(guī)律共同作用的結(jié)果。植物的落葉機制賦予葉片初始狀態(tài)，而空氣動力學(xué)決定了葉片在空中的運動軌跡，環(huán)境條件則進(jìn)一步?jīng)Q定了地面落葉的最終狀態(tài)。

當(dāng)你在林間漫步，不妨駐足觀察地上的落葉，它們無聲地講述著植物的生存智慧與空氣動力學(xué)的奧秘，也提醒我們，每一片落葉都有值得探究的科學(xué)問題。（作者：李青為 為中國科學(xué)院植物研究所高級工程師，記者施芳采訪整理）