當(dāng)植物發(fā)生蒸騰作用時(shí)，葉片中的水壓減小，根部水分就會(huì)通過(guò)木質(zhì)部運(yùn)輸向葉片。通常情況下，該過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)令一些水蒸發(fā)成小泡，稱(chēng)作“木質(zhì)部栓塞”（xylemembolisms）。它會(huì)打破水柱的凝聚力，阻斷傳輸。但木質(zhì)部通道的兩端都結(jié)合有帶微孔的膜，這些孔能夠阻礙通道中的水超越其表面張力，發(fā)生蒸發(fā)。
盡管科學(xué)家對(duì)上述理論的了解已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)，并且已經(jīng)找到大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持，但所有在實(shí)驗(yàn)室中嘗試復(fù)制這一系統(tǒng)的努力都以失敗告終。原因要么是人造通道太脆弱，無(wú)法承受壓力差異，要么是通道壁的微小瑕疵導(dǎo)致了“栓塞”，從而阻斷了整個(gè)系統(tǒng)。美國(guó)康奈爾大學(xué)的生物工程學(xué)家AbrahamStroock表示，更讓人對(duì)大樹(shù)感到驚訝的是，它們可以維持超過(guò)50米的水柱的完整性。
不過(guò)，在最新的研究中，Stroock和同事TobiasWheeler成功克服了技術(shù)上的困難，用基于聚甲基丙烯酸羥乙酯（hydroxyethylmethacrylate）的水凝膠制成了帶有微小、均勻的孔的通道。他們?cè)诖嘶A(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)，能夠形成一種持續(xù)的負(fù)壓，通過(guò)“根”從水蒸氣中汲取水分，并將液態(tài)水沿著水凝膠通道運(yùn)達(dá)“葉片”，再?gòu)倪@里蒸發(fā)出去。
美國(guó)哈佛大學(xué)的植物生理學(xué)家MicheleHolbrook表示，能夠利用水蒸氣讓這些人造樹(shù)比真實(shí)的樹(shù)更進(jìn)了一步，植物吸收液態(tài)形式的水分要容易一些。她說(shuō)，從某種意義上，新的研究已經(jīng)創(chuàng)造出了一種“超級(jí)作物”。
研究人員利用水凝膠的“靈感”應(yīng)該是來(lái)自植物生理學(xué)，因?yàn)橹参锛?xì)胞壁中就包含有膠質(zhì)。哈佛大學(xué)的應(yīng)用物理學(xué)家DavidWeitz說(shuō)，比起之前的嘗試，水凝膠的利用大大提升了汲水效率。
新的人造樹(shù)有望為植物生理學(xué)家開(kāi)辟一條道路，來(lái)確定為何實(shí)際測(cè)量有時(shí)會(huì)產(chǎn)生莫名其妙的結(jié)果。加州大學(xué)伯克利分校的生態(tài)生理學(xué)家ToddDawson說(shuō)，“許多對(duì)地球上最大最高的樹(shù)，如紅杉，進(jìn)行過(guò)持續(xù)研究的人，他們搜集的數(shù)據(jù)與現(xiàn)行的理論預(yù)測(cè)并不甚吻合�！彼J(rèn)為這可能是侵入式研究方法引起的。對(duì)此，新的人造樹(shù)系統(tǒng)可以提供一種更加可控的方式，來(lái)研究此類(lèi)問(wèn)題。
其他一些人則想到了完全不同的應(yīng)用。Stroock認(rèn)為，新設(shè)計(jì)加以改進(jìn)后，將可用于制造能夠從地下水位以上汲水的設(shè)備，這是人類(lèi)到目前為止很難實(shí)現(xiàn)的。類(lèi)似的原理還可用來(lái)開(kāi)發(fā)更高效的冷卻設(shè)備。
然而，Weitz表示，該方法能否用于實(shí)踐，日后才能見(jiàn)分曉�！安贿^(guò)我想該研究的整個(gè)思路對(duì)設(shè)計(jì)新的系統(tǒng)是很重要的，正是簡(jiǎn)易性令這項(xiàng)新工作十分美妙�！�
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