在我们的日常活动中,我们从事饮食、谈话、锻炼等维持生命的活动以及社交活动,并过着一种能量摄入和消耗循环的生活方式。动物基本上是一边消耗能量寻找食物一边生活的。
在这方面,树木真的很简单。它们生活在随处就能够得到的阳光、水和空气中,而且植物不能离开它们生根发芽的地方。它们认真开展声明活动,拥有不消耗能源的生活方式。
对于这样的树木,资源的竞争,即对于阳光的抢夺影响了树木的生长,因此在竞争加剧的环境中,高度的生长优先于茂密的生长。这种选择方式对所有植物都很常见,但是这种机制存在机械缺陷,尤其是树木。这个缺陷就是“自重”。
树木的横截面密集,枝叶繁重,树干是植物中最重的部分。如果对植物的伸长和生长没有限制,当它达到一定高度时,它就无法承受自身的重量,无法保持自立状态。

因此,“重”的特性降低了在保持独立状态的同时可以达到的极限高度。
即使是人类也注意适度的运动和饮食来控制体重,但有时却无法控制,导致身体出现问题。
然而,在现实中,树木的寿命很长,它们能够在适应大自然恶劣环境的同时,稳定地生长,高水平地生长。这一事实表明,树的结构比我们想象的要高明得多,并且它巧妙地控制了自己的权重。
因此,这一次,我们走近了这些树的智慧,用结构力学的方法来探索“重物分布平衡”和“最大可行高度”之间的关系。为了表达树木的各种重量分布,科学家们引入了密度连续变化的计算模型,并基于结构力学理论,制定了“重物分布平衡”和“最大可行高度”的关系。
此外,根据对实际树木的树干和树枝之间的重量平衡和高度方向的重量分布的调查结果,对自然界中树木的重量分布如何影响它们可以生长的最大高度进行了估计。
通过这些方法的研究,第一次在理论上明确了“树木非常明智地分布枝叶,以免干扰获得高度的目的”。
在研究中,使用上图所示的模型进行了制定。从力学的角度来看,将重量集中在相对较低的位置并降低重心以增加可以增长的最大高度。仅考虑枝叶的重量分布时发现,与高度方向重量分布恒定的情况相比,重量从上往下增加时,最大高度可增加约1.25倍
此外,在开发和分析这些模型时,明确了以下两个要素。
最大高度随着“叶重增加”和“重物集中在上部”显着降低即使叶重增加,通过将重物集中在下部,达到最大高度。假设可以减少影响的实际树木“希望尽可能广泛地分布枝叶”以进行有效的光合作用。因此,在保持枝叶总重量尽可能大的同时,尽量减少对最大高度的影响是树木的理想重量分布。
这里,根据以往测量树干和枝叶分布的研究,枝叶与树干的重量比约为0.1比0.6。通过将这些报告与本研究的分析结果进行比较,树木巧妙地分布着枝叶,与没有任何枝叶的情况相比,最大高度提高了约1%至15%。即新发现树确定自信心权重分布以达到上述理想的权重分布。
从这些结果来看,树的形态学似乎是多年来为了以最小的损失克服各种约束,达到最大的目的而学习的答案。
这项研究阐明了树木的机械合理性,这将导致对自然友善的经济结构设计和新材料的创造,可望应用于极其广泛的领域。本文从机械的角度介绍了对树木理性进化的研究,但它可能是科学的理性的进化。难道我们不应该认为今天存在的生物体已经按照理性的生存策略进化了吗?这种理论不仅仅局限于这次介绍的树木的研究,研究其他生物的理性进化也可能很有趣。
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