“一沙一世界”是英國詩人布萊克《天真的預言》中為人傳頌的詩句。而美國亞利桑那州大學（UA）生態學和進化生物學系的科學家，在實際研究中提出并驗證了“一樹一森林”的觀點，它指的是：通過一棵樹就可以揭示整個森林的“秘密”。
具體而言，研究發現跨物種的樹木盡管在外觀上存在差異，但有著非常相似的架構，由此一棵樹便可以揭示整個森林的狀況，特別是通過一棵樹大致可測出整個森林與大氣交換了多少二氧化碳。該研究結果發表在最新一期的《生態學快報》上。
分枝架構蘊含玄機
亞利桑那州大學生態學和進化生物學系研究人員發現，無論樹的種類、形狀如何，只要看一下它的分枝格局，科學家就可以收集到關于它與周圍環境關系的信息，比如其與大氣交換了多少二氧化碳，或者通過葉子的蒸發失去了多少水分。
該研究對科學家用于評估樹木如何影響全球生態系統的模式具有重要的啟示，可使科學家改進用于評估和預測整個森林的模型。
研究帶頭人麗莎·帕特里克·本特利表示，這是第一個以實證檢驗了1998年由UA生態學教授布賴恩·恩基斯特幫助發展起來的預測。他的理論認為，通過分析樹的分枝結構，特別是其寬度和長度，可以預測出其與環境有關的整體大小、獨立物種之間交換了多少碳和水分。
研究發現，所有樹種有非常相似的分枝格局，不管其在外觀上有何差異。例如，即使矮松看起來非常不同于楓樹，也有類似的生態、生物和物理的原則，導致了這些物種進化過程中類似的分枝架構。
測試驗證了預測
在實際研究中，本特利帶領其團隊測試了以上預測，對象為5種不同的樹種：楓樹、橡樹、輕木、黃松和矮松。經研究發現該理論是正確的，因為它允許基于樹木的大小預測樹的功能，并且這個理論的原則適用于跨品種，盡管它們在外觀上存在差異。
研究人員還在森林地區收集了9個試樣，作為用于研究目的的預留。由本科和研究生組成的研究團隊解剖樹木到最后的枝杈，計數枝杈的數目、分支點或節點，并且測量了每個分支的長度和直徑。
本特利說：“樹木的大小和分枝的形狀之間有一定的關系。它們在比例內成長。例如，一棵松樹具有一般的圓錐內圈形狀，而橡樹看起來更像一個倒置的錐體。在你認為樹木有許多不同的形狀時，相當令人驚訝的是，你會發現這些不同外形的樹木之間具有相關性。”
證實達芬奇的想法
有趣的是，這項工作還證實了文藝復興時期博才多學的萊昂納多·達芬奇曾提出的一個想法——“如果想像將所有樹最外側的分枝放入一個圓筒內，那么該圓筒就是樹干的大小”。根據達芬奇的規則，大樹主干的橫截面積等于分枝樹干的橫截面積之和。而實驗表明，實際樹木的分枝模式比理論預測的更加多樣化和復雜化。
本特利說：“這個理論假設的分枝模式基于碎形，即相同完美對稱的、重復一遍又一遍的“Y”分枝格局，但樹木不像這個樣子。如果仔細觀察屬于同一物種而高度相同的兩棵樹，會看到更多的變化：一個分枝跳轉兩次，但其“姊妹”可能會分枝三次或四次。”
“當經驗理論被測試后，我們得出的結論是，一般來說，該理論是行之有效的，但在某些方面需要進行修改，包括非對稱的分枝，以納入更多物種之間的變化。”本特利說。
這個理論可以應用于一定規模植物的功能，如光合作用的數量、失水量和呼吸量。本特利解釋道：“如果你想知道整個森林有多少碳排放，我們的研究可支持這個想法，你只要觀察幾棵樹的性能，其中分別代表最小和最大的量，便可大致弄清楚了。”
