研究发现,所有树种有非常相似的分枝格局,不管其在外观上有何差异。例如,即使矮松看起来非常不同于枫树,也有类似的生态、生物和物理的原则,导致了这些物种进化过程中类似的分枝架构。
测试验证了预测
在实际研究中,本特利带领其团队测试了以上预测,对象为5种不同的树种:枫树、橡树、轻木、黄松和矮松。经研究发现该理论是正确的,因为它允许基于树木的大小预测树的功能,并且这个理论的原则适用于跨品种,尽管它们在外观上存在差异。
研究人员还在森林地区收集了9个试样,作为用于研究目的的预留。由本科和研究生组成的研究团队解剖树木到最后的枝杈,计数枝杈的数目、分支点或节点,并且测量了每个分支的长度和直径。
本特利说:“树木的大小和分枝的形状之间有一定的关系。它们在比例内成长。例如,一棵松树具有一般的圆锥内圈形状,而橡树看起来更像一个倒置的锥体。在你认为树木有许多不同的形状时,相当令人惊讶的是,你会发现这些不同外形的树木之间具有相关性。”
证实达芬奇的想法
有趣的是,这项工作还证实了文艺复兴时期博才多学的莱昂纳多·达芬奇曾提出的一个想法——“如果想像将所有树最外侧的分枝放入一个圆筒内,那么该圆筒就是树干的大小”。根据达芬奇的规则,大树主干的横截面积等于分枝树干的横截面积之和。而实验表明,实际树木的分枝模式比理论预测的更加多样化和复杂化。
本特利说:“这个理论假设的分枝模式基于碎形,即相同完美对称的、重复一遍又一遍的“Y”分枝格局,但树木不像这个样子。如果仔细观察属于同一物种而高度相同的两棵树,会看到更多的变化:一个分枝跳转两次,但其“姊妹”可能会分枝三次或四次。”