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全球暖化,植物一定會向北向上走嗎?

有許多調查發現,全球暖化使得植物往高緯度、往上(高海拔)移動(1);而對於有些原本就生活在高海拔地區的植物來說,暖化可能會使他們失去原棲地而滅絕(2)。根據周昌弘院士的研究,台灣從1906至2006年之間在氣候暖化影響下,在合歡山區的中高海拔野生植物,每年以3.6公尺速率往高海拔遷移生長,如此下去,有六種高山植物恐怕會滅絕(3, 4)。

但是,最近的一個大規模的研究卻發現:全球暖化的確會造成植物移動,但是這個移動不見得一定是往高緯度或高海拔地區移動(5)。

華盛頓大學(University of Washington)的研究團隊,收集了過去40年將近300種植物的地理分布資料,涵蓋的區域從加拿大北部的洛磯山東麓,到內華達州的Sierra Nevada mountain西邊。接著他們把這些資料與過去40年來的氣象資料(包括溫度、雨量、降雪等)一起作比較與分析。

當第一次分析的結果出來時,他們還以為算錯了。因為他們的結果是:植物往低海拔(向下)移動了。

於是他們再分析了一次,結果還是一樣:植物往低海拔區域移動。

於是他們仔細地檢視了資料,發現植物往低海拔地區移動的原因是因為:全球暖化造成高海拔區域的降雨與降雪明顯減少,於是植物為了水分,只能往低海拔區域移動。

這個研究結果提醒了我們,生物在氣候變遷時,所要適應的不僅僅只有溫度。雨量/降雪的變化,也會影響到植物的生存。雖然往低海拔移動代表氣溫變得更熱,但是面對「水」這項立即的考驗,或許氣溫的變化對植物造成的害處較小。

或許氣溫的變化相比於降水(雨/雪)來說,對植物的生存影響較低;但有些對溫度變化適應力較低的植物,氣候暖化還是會使他們走向滅絕吧?就如動物中的兩棲類是遷徙能力較低的,這幾年也發現兩棲類受到氣候變遷的影響最大。只是不知道之前周院士所列舉出的六種高山植物(玉山抱莖籟簫、細葉山艾、巒大當藥、玉山金絲桃、玉山當歸與阿里山薊)是否對於溫度變化適應力較低?或者在考量氣溫與降水的雙重標準後,有更多其他的種類需要被列入?

全球暖化造成氣候變遷,使得植物必需往更適合的區域移動。
圖片來源:維基百科

除此之外,全球暖化對降水的另一個影響是綿綿細雨減少,暴雨增加;如此一來,是否也會對植物造成不一樣的壓力呢?當總降水量不變,但降雨次數減少時,代表植物需要有更好的抗旱/澇能力,這樣的考驗,是否會造成植物大量滅絕呢?眼前我們沒有答案,但是面對目前的種種狀況,保存種原應該是目前非常要緊的一件事了。

參考文獻:

1. J. Lenoir1, J. C. Gégout, P. A. Marquet, P. de Ruffray, H. Brisse. 2008. A Significant Upward Shift in Plant Species Optimum Elevation During the 20th Century. Science. Vol. 320(5884):1768-1771
2. 2012/5/9. 環境資訊中心.氣候變遷將歐洲高山植物推向滅絕
3. 2012/9/27.環境資訊中心.暖化影響生態 6高山特有植物瀕絕
4. 2014/5/15. 環境資訊中心. 暖化難擋? 高山哺乳動物 70年分布上移千尺
5.Melanie A. Harsch, and Janneke HilleRisLambers. 2014. Species distributions shift downward across western North America. Global Change Biology.DOI: 10.1111/gcb.12697

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為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

雖然根據歷史的記載,「歸園田居」可能真的就是在他剛隱居的時候寫的(1);而在那時候,可能他的耕種技術也的確是還有待提升;不過筆者卻認為,從生物學的角度來看,「草盛豆苗稀」也不全是耕種技術的問題。

首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

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不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

原來玉米與甘蔗是所謂的C4植物,它們既耐熱又耐旱,跟C3植物比較起來,在攝氏30度時C4植物每抓一個二氧化碳的分子只消耗277個水(5),所以夏天的時候,它們的生長速度ㄧ點都不受影響呢!
說到這裡,讀者可能會想:什麼是C4植物?為什麼它們能夠既耐熱又耐旱呢?
所謂的C3、C4植物,指得是它們在光合作用上的不同。C3植物進行光合作用時,是由卡爾文循環(Calvin cycle)的酵素(RuBisCo,如圖二)直接抓取溶解在細胞中的二氧化碳,與核酮糖1,5-二磷酸(ribulose 1,5-bisphosphate,RuBP)進行反應;


而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


原來,C4植物多半都生活在亞熱帶或熱帶,在這些氣候區,植物進行光合作用時,會遇到一個大問題。

這個問題來自於卡爾文循環的第…

【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

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麵包樹是桑科波羅密屬的多年生大型喬木,花為單性花,雌雄同株;果實是由30-68朵雌花所形成的多花果。麵包果通常在採收後五天到一週內食用最好吃,如果冷藏可以保存二到三週。

目前的研究認為麵包樹源自大洋洲新幾內亞、馬來半島、與西密克羅尼西亞。台灣的麵包樹原生於蘭嶼。在蘭嶼,麵包樹稱為“chipogo”,達悟族人用於製作船首、船尾板、坐墊,及住屋用的宗柱、主屋之踏腳板與木笠、木盤等用具,而分泌的乳白色汁液具黏性,可以當作粘接劑。

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通風報信的植物

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康納(Connor Sweeney)和他在德拉瓦大學的指導教授,最近發現:不只是受傷的植物本身會進行這些防禦機制、附近的植物也會呢!

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