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把科学带回家

它活了几百年，秘诀只有一个：让老天帮它干掉不长眼的邻居

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撰文 | OF
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图源：网络
在巴拿马的热带雨林里，闪电甚至是那些参天大树最重要的死亡原因之一，大概有四到五成的大树死于雷击 。
但是，如果你是一棵阿尔门德罗树（Dipteryx oleifera ，一种香豆树），情况就完全不同了。
对这种树来说，被雷劈不仅不是什么倒霉事，反而更像是一次免费深度清理服务，附带一次针对竞争对手的精准空中打击。
2014年，生态学家埃文·戈拉和他的团队在巴拿马的巴罗科罗拉多岛架起摄像机阵列和电磁脉冲探测器，开始系统追踪森林里每一道落地的闪电。
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图源：Dr. Evan Gora
一天，他们发现了一棵刚被雷击中的香豆树。当时的场景可以用惨烈来形容，周围就跟炸弹爆炸过一样，十多棵树被劈死，树上挂着的寄生藤蔓也被烧得干干净净。
但神奇的是，处于爆炸中心的这棵香豆树却毫发无损，顶多就是树皮稍微有点发黑。当他们随后用无人机对这棵树做三维建模时发现，它被劈之后的树冠高度和面积完全没有变化。
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同一棵树雷击后与两年后的俯拍对比，左侧可见被劈中后周围出现空地，右侧树冠依然完整 图源：Evan Gora/Cary Institute of Ecosystem Studies
在接下来的几年里，他和研究团队追踪了当地被雷劈过的93棵树（共94次雷击），发现其他树被直接击中之后，有足足 64% 在两年内死透了，活下来的也有平均高达41.5%的树冠枯萎 。
唯独那9棵被雷直接击中的巴拿马杏仁树，不仅存活率百分之百，而且树冠枯萎率平均只有 7.8%——和那些一次都没挨过雷的杏仁树（7.4%）几乎毫无区别 。换句话说，被雷劈对这种树的影响，约等于零。
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左侧 (a) 的 Kaplan-Meier 生存曲线中，蓝色直线（杏仁树）从头到尾贴着1.0不动，红色曲线（其他树种）在7年内跌至约0.2  图源：文献
你可能会纳闷，同样是被巨大电流击中，凭什么它就能安然无恙？
这其实是因为香豆树点满了自身的导电天赋。普通的树被雷劈之所以会炸开，是因为木头里有电阻，巨大的电流通过时会产生极端的高温，瞬间把树干里的水分煮沸变成高压蒸汽，然后把树干从内到外炸成碎片。
但这种香豆树的木质极其致密，导管面积大、含水量和离子含量恰到好处，使它拥有极低的电阻率 。
这就相当于它把自己变成了一根绝佳的生物电缆。电流劈到它身上，不会产生那种毁灭性的高温，而是非常丝滑地顺着树干导向地面。
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研究人员站在热带雨林中一棵缠满粗壮藤蔓的大树旁做记录 图源：NSF / Cary Institute
这棵树最腹黑的地方在于，它自己扛得住这种高压电，它的邻居们可扛不住。
热带雨林里植物长得密密麻麻，巴拿马杏仁树身上通常缠满了专门抢阳光和养分的木质藤本植物，周围也挤满了试图和它竞争的各种大树。
当巨大的电流顺着巴拿马杏仁树往下跑时，会顺道拐进那些搭在它身上的藤蔓里。
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研究团队拍摄到的一记闪电 图源：Jeffrey Burchfield
研究已经证实，这些藤蔓的导电性极强，堪称天然跳线。但跳线的下场就是被烧断。这些藤蔓瞬间就会被烧焦甚至直接被炸飞。
不仅如此，电流还会通过接触的树枝或者直接击穿很短的空气，跳跃到周围的其他树上。
统计数据表明，巴拿马杏仁树每挨一次雷劈，平均能干掉 9.2棵 竞争树木（顺带消灭约2.1吨的竞争树生物量），顺便清除掉自身 78% 的寄生藤蔓——从平均4.1条减少到不足1条 。
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每次雷击杀死的邻树数量（散点图，均值9.2棵）与藤蔓前后配对变化图（从4.1条降至0.9条），并与正常背景死亡率（0.95棵/次）并列，10倍差距一目了然。图源：文献
这完全是借着大自然的手，在搞无差别物理清场。
清理完现场之后，真正的好戏才刚刚开始。原本缠在头顶遮挡阳光的藤蔓没了，周围抢夺地下水分和养分的邻居也全被劈成了焦炭，这棵存活下来的巴拿马杏仁树瞬间拥有了一片资源无限充裕的私人领地。
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闪电击中这片树木后，森林树冠上出现了一个缺口 图源：Evan Gora
研究人员用人口模拟模型估算过，这种靠雷击清理出来的空间，能让一棵香豆树一生的种子产量暴涨整整 14.1倍 。
这还不算完。由于不再受雷击威胁、能够长成更大的个体，一棵大型香豆树（胸径达60厘米以上）的预期寿命会从259年延长到 451年，足足长了74% 。在自然界里，这种量级的繁殖和生存优势，已经是真正意义上开了挂。
正是因为尝到了甜头，科学家们怀疑这棵树在漫长的演化中，已经彻底放飞自我，专门把自己往避雷针的方向长。
在同一片森林里，它比周围其他高层树木平均还要高出 3.7米，树冠更是大得像一把巨伞 。这种出头鸟一样的长相，让它被雷直接击中的概率比按照正常树木粗细应有的水平高出了超过一倍。换言之，同样粗的其他树种，被劈概率不到它的一半 。
据估算，一棵成年的平均每 56年 就会被雷劈一次，在它数百年的生命里，预计至少会主动接下5次天雷。有记录显示，有棵树甚至在短短三年内被雷连续劈了2次（2016年和2019年），依然活得十分滋润 。
更诡异的是，就连那些一次都没被劈过的香豆树，也已经坐享了长期“清场”积累下来的好处，它们身上的藤蔓平均比其他树种少了 21.3%，周围树冠的平均高度也比其他同等高度的大树矮了整整3.7米 。
对周围树木的死亡记录进行33年（1982—2015年）的历史追溯后发现，活着的大型杏仁树10米范围内的邻居，比其他大树周围的邻居要多死 48% 。这已经不只是一棵树的故事，而是一场持续几百年、代代相传的地盘争夺战，天雷就是它的武器。
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上半部分 (a) 对比了同一次雷击对杏仁树（左，轻微树冠受损、藤蔓被烧、邻树被杀、树干无损）和其他大树（右，树木死亡或重度受损）的不同结局；下半部分 (b) 则对比了在整个森林中两类树的长期状态——杏仁树普遍更高更宽、树冠更健康、藤蔓更少、周围邻居更矮，其他树种则正好相反 。图源：文献
研究中还发现了其他几种同样对雷击免疫的巨型树种，包括吉贝木棉（Ceiba pentandra）和响盒子（Hura crepitans） 。
所以，“借雷清场”可能是热带雨林中，多种长寿大树共同演化出来的生存策略。
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图源：Evan Gora
它可能正盼着老天赶紧降下一道雷，好帮它清理一下身边那些不长眼的邻居。
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图源：giphy
牙膏的这种“固液两态”行为，根源在于它属于一种叫做宾汉流体的非牛顿流体。
普通液体属于牛顿流体，黏度不随外力变化，施多大力就流多快 。而牙膏完全不同。它在静止或受力极小时，内部由研磨剂颗粒、增稠剂和水、甘油共同构建出一套稳定的网络骨架，整体表现得像弹性固体，既能在牙刷上保持形状，也不会自行从牙膏管里流出 。
这套网络骨架有一个关键属性：屈服应力。也就是说，外力必须超过某个临界值，牙膏才会突然"解锁"流动性，低于这个临界值它就纹丝不动 。挤牙膏时手指施加的压力超过了这一阈值，牙膏才得以流出；一旦停止挤压，它又立刻“恢复固态”，不会继续渗漏。
这正是宾汉流体有别于普通剪切稀化流体的地方：后者受力越大只是黏度逐渐降低，而宾汉流体是在临界点前后发生突变 。
进入口腔后，情况则发生了叠加变化。牙刷刷毛反复摩擦产生的剪切力持续超过屈服应力，令牙膏保持流动状态；与此同时，口腔中的唾液为牙膏提供了水分，溶解其中的保湿剂和表面活性剂，进一步稀释并破坏网络结构；加之口腔温度，也使黏度有所下降 。
三重因素共同作用，牙膏便顺理成章地“化”成了流动的泡沫状液体。
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图源：giphy
微波炉加热食物的原理，是用电磁波驱动食物中的水分子高速振荡摩擦，摩擦产热，食物因此升温。
这个过程的效率高度依赖含水量。含水量越高、水分子越自由，吸收微波能量越快；含水量越低，吸收越慢。包子皮以淀粉为主，本身含水量就远低于肉馅，因此在微波场中吸收热量的速度天然慢于内馅。
包子皮虽然升温慢，但由于直接暴露在微波炉腔体中，水分子一旦被激发、温度稍有上升，表层水分就会向外蒸发逸散。这些水蒸气没有任何约束，直接消失在空气里，带走了大量热量，也带走了让面皮柔软的水分。于是皮越热越干，越干越硬，最终变成“石头” 。
与此同时，冷冻或冷藏的包子内部是冰态的水分子。液态水分子可以自由转动，对微波响应很强；但冰中的分子被晶格锁住，几乎无法振荡，吸收微波能量的效率极低 。这意味着内馅若还处于冰冻状态，就几乎不响应微波，热量难以传入。加之面团本身导热性很差，外皮热量也无法快速传导进去，内部便长时间维持低温 。
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参考资料：

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