因為紅杉壽命長，體積大，不易腐爛，它們占據的森林比地球上任何其他生態系統儲存更多的地上物質，所以它們可能有更多的碳。
然而，在最近發表的壹項研究中，我和來自加州大學戴維斯分校和加州理工學院的同事洪堡發現了壹個就在我們眼皮底下的秘密。
事實證明，紅杉有兩種葉子，它們看起來不同，執行不同的任務。這種以前未知的特性有助於樹木適應潮濕和幹燥的條件——這種能力可能是它們在不斷變化的氣候中生存的關鍵。
無論樹長在哪裏，它們的葉子遲早會變濕。對於潮濕環境中的樹木，如果水膜覆蓋了它們的氣孔，這可能是壹個問題。這些微小的孔隙讓二氧化碳進入樹葉，因此樹木可以通過光合作用將其與水結合，制造植物組織。
潮濕森林中常見的許多樹木的葉子適應性很強，可以防止這些水膜的形成。
相比之下，生長在幹燥環境中的樹木通過暫時的葉片潤濕、特殊的葉片結構甚至它們的氣孔，直接在葉片表面吸收寶貴的水分。
但有些樹木，包括沿海紅杉，生活在潮濕幹燥的環境中，季節變化很大。
像聖櫟這樣的闊葉樹，生長在地中海氣候，夏季幹燥，冬季多雨，相對容易克服這種季節性潮濕的挑戰。它們的氣孔位於葉片的蔭蔽下，使它們遠離水分，而葉片的頂面吸收水分。
但紅杉是針葉樹，或圓錐形樹，葉子薄而平，呈針狀。他們需要壹種不同的方式來平衡排斥和吸收水分的競爭目標。
我們知道，我們要探索的是紅杉如何迎接葉片濕度的矛盾挑戰，紅杉能吸收多少水分，哪些葉片特性導致了吸水能力的差異。
我們了解到的情況完全出乎我們的意料。
科學家們早就知道紅杉通過葉子吸收水分的能力。但是對於這壹物種來說，發現紅杉能以這種方式吸收多少水分以及這種能力如何隨氣候類型而變化是壹個真正的挑戰。
首先，壹棵大紅杉有超過65438+億片葉子，吸水表面積很大。這些葉子的結構隨著高度的變化而急劇變化，從長而扁平到短而圓錐形。所以我們不能簡單的靠撿地上的葉子來做到這壹點。
讓事情變得更復雜的是，重力總是向下推動從紅杉樹幹向上升起的巨大水柱。因此，樹頂的葉子總是比下部的少。
樹梢固有的幹燥應該比底部水分豐富的葉子更快地將水分吸收到葉子中，就像幹海綿比濕海綿吸水更快壹樣。
為了確切地知道紅杉是如何吸收水分的，我們需要在潮濕和幹燥的環境中，從這些樹上的多個高度獲取樹葉。
為了使它們達到基於重力的自然水位進行分析，我們將葉子樣本放在壹個有霧的房間裏——在這種情況下，是壹個連接到室內加濕器的冰箱——並測量它們隨著時間的推移而增加的重量，以查看它們可以吸收多少水。
當我們把壹簇簇桃花心木花蕾拆開，浸入霧中，我們把每壹簇分成幾塊。桃花心木的枝幹從木芯中呈扇形展開，分成多個年齡的獨立枝幹，每個枝幹都有自己的壹套葉子。我們將沿著木材中心軸的分支與每個集群外部邊緣的更常見的柔性分支分開。
很快就發現，從中軸發出的葉子吸收水分的速度是外圍葉子的三倍。當我們用顯微鏡觀察樹葉內部時，我們知道它們是兩種完全不同的類型。
他們外表看起來不壹樣，但是太出乎意料了。我們需要看看它們的內部結構才能真正說服自己。
(Alana Chin/加州大學戴維斯分校)
上圖:兩片不同的桃花心木葉子。外圍葉(左)側重光合作用，軸生葉(右)側重吸水。
軸向葉充滿了儲水細胞，但它們的韌皮部——葉片中向樹輸出光合糖的管道——似乎被堵塞了，沒有用。如果壹棵樹有葉子，傳統的觀點是它們在那裏進行光合作用，但我們想知道軸生葉是否有不同的用途。
通過壹些額外的測量，我們發現紅杉的軸葉是專門用來吸水的。軸向和周向葉片表面的差異，特別是它們的蠟覆蓋，導致它們吸水性的差異。
與軸生葉不同，紅杉外圍葉表面呈蠟狀，有大量氣孔。這有助於解釋它們如何全年進行光合作用，而不管它們目前棲息地的長雨季。
進壹步分析表明，紅杉的軸葉只占樹總葉面積的5%左右，它幾乎不能通過光合作用產生足夠的能量來維持自身。但它們貢獻了樹木總吸水量的30%。
這兩種類型的葉子壹起平衡了光合作用和吸水的雙重需求，因此紅杉可以在潮濕和幹燥的棲息地茁壯成長。
使用大尺度樹木測量和紅杉葉面積估計的方程，我們估計這些幹渴的巨人在樹葉被雨水浸濕的第壹個小時內可以吸收多達105磅(48公斤)的水。這相當於101品脫啤酒。
了解紅杉葉片吸水能力變化的原因，可以幫助我們衡量現在和未來樹木與環境吸水能力的差異。在我看來，這是我們研究中最有潛力的部分。
紅杉改變它們的兩種葉子類型以適應當地的氣候。在門多西諾縣北部潮濕的雨林中，樹木在用於吸水的軸向葉片上投資較少。
這些葉子集中在樹冠較低的地方，這樣光合作用高的樹梢就可以在明亮的陽光下自由地最大化產糖量。
在紅杉分布範圍南緣的幹旱森林中，樹木在水分脅迫的頂端有更多的軸葉。
這使它們能夠更好地利用較短的葉片潤濕事件，但這意味著它們在潮濕地區的單位葉面積光合作用比紅杉少。
適應越來越幹燥的加利福尼亞的氣候變化。
這對於保護這些史詩般的樹木來說是壹個好消息，而且這可能是壹個有前途的研究特征，因為科學家們試圖將耐旱特性與紅杉種群的區域差異聯系起來。