本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
想知道你的未来吗？如果你是一棵黄松，除非发生不幸的斧头相关的事件， 你实际上可以知道。然而你或我无法通过观察来判断。 这个预示未来的 身体部位是一个微小的沙井盖。
在树木中，水对于利用阳光和二氧化碳产生食物至关重要，这个过程称为光合作用，水对于维持植物细胞内的压力也很重要，这个概念称为膨压。 由于这两个原因，树木运输的水越多，它生长得就越快。
树木通过利用水的两个物理特性来实现这一点：蒸发和毛细作用。针叶或叶片上的称为气孔的开口允许植物进行气体交换，这本身就是一项重要的能力（植物必须像我们一样呼吸）。 但气孔也允许蒸发。这似乎是件坏事，但在正常情况下，这都是植物计划的一部分。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
当水分子从这些开口蒸发时，紧随其后的水分子会前进以占据它们的位置，被开口附近表面的电荷所吸引。但当它们这样做时，一整串水分子——通过氢键 紧密结合在一起——会在后面前进。这被称为毛细作用，这就是为什么水神奇地沿着毛细管或甚至短暂地掠过下方溢出物的纸巾上升的原因。在树木中， 水通过树干中的输水组织被提升，而植物无需付出任何努力。
松树中的水管不像您家中的管道。然而，它们不是长而连续的管道，而是由许多称为管胞的短管 以倾斜的末端构造而成。这些较短的管 通过称为 纹孔的结构沿着它们的侧面相互连接，纹孔 看起来很像扬声器。
挪威云杉木材中的纹孔排列在管胞中。图片来源：Michael Rosenthal 博士，德累斯顿工业大学，维基共享资源（CC-by-SA 3.0）
在横截面中，纹孔呈现出更像甜甜圈的形状。纹孔由三部分组成：孔口、纹孔膜和纹孔腔。孔口是水进入纹孔的小孔。纹孔膜是甜甜圈孔，它通过纹孔腔悬浮在纹孔的中间，纹孔腔是由管胞的初生细胞壁制成的多孔屏障（更厚的次生细胞壁构成纹孔膜并围绕着纹孔）。
纹孔的横截面（左）和横向（右），标示了孔口、纹孔膜和纹孔腔的直径。 图片来源：Roskilly 等人，2019 年
如果在干旱期间，空气开始像孩子用吸管啜饮饮料的残渣一样从根部渗入管胞，则纹孔膜会被拉到孔口上。柔韧的纹孔腔弯曲以允许运动。由于纹孔膜比孔口宽，因此它会密封纹孔的门，阻止空气进一步进入木材。
纹孔的微观结构中的微小变化似乎是决定树木寿命的关键因素。来自蒙大拿州、纽约州和法国的一个科学家团队检查了爱达荷州两个黄松种群，并从每棵抽样树的树干中采集了两个岩芯样本。他们测量并比较了树木随时间的年轮。较厚的年轮表示生长速度较快，较薄的年轮则相反。他们在今年六月在PNAS期刊上发表了他们的发现。
科学家研究的最古老的树木 在其一生中的平均生长速度比他们采样的年轻树木慢。即使在年轻时，这些老树的生长速度也较慢。而且，至关重要的是，这些较老的树木比年轻的树木具有更大的纹孔膜重叠—— 纹孔膜覆盖的纹孔边缘的宽度—— 。这种差异 主要是由于孔口较小造成的。
孔口较小的树木更耐旱，因为当纹孔膜被拉到孔口上时，它们密封得更好。但是较小的孔口也意味着当门打开时，水在树木中流动得更慢，从而减缓生长。
这就是症结所在：快速生长——变大，更好地争夺光照，更快地繁殖，并增加早期生存的机会——但更容易被干旱杀死。或者使您的防旱门更小更坚固，减缓生长并延长成功，但增加您活到看到您的孙子们制造自己的球果的机会。
这些类型的权衡在自然界中是众所周知的。关于这一个令人惊讶和不寻常的地方在于，它似乎归结为一个单一的微观特征。 科学家测试的其他特征，例如木材密度或管胞直径，都不会影响生长速度或寿命。
鉴于如此多的其他因素可能会发挥作用，例如路径长度、导管尺寸和纹孔密度，这也令人惊讶。但是，由于科学家们专注于相似树干尺寸的单一树种，他们可能已经能够揭示预测性纹孔的效果。
管胞直径和木材密度也可能受到冻结和干燥等因素的限制，而纹孔则不受限制。例如，较小的管胞直径在寒冷地区更受欢迎，因为较细的细胞减少了由于 冻融循环而在管道中出现的堵塞管道的气泡的发生率。
根据这些数据，如果气候变化导致已经干燥的环境变得更加干燥，正如大多数 科学家预测的那样，我们可以预期针叶林生产力会下降，因为生长较慢的树木比生长较快的年轻人更受欢迎。这对于那些为了纸浆或木材而收获树木的人来说是不愉快的，但你能做什么呢？这就是纹孔的问题。
参考文献
Roskilly, Beth, Eric Keeling, Sharon Hood, Arnaud Giuggiola 和 Anna Sala。“木质部纹孔结构的冲突功能效应与针叶树种的生长-寿命权衡有关。” 美国国家科学院院刊（2019）：201900734。