年轮即木材上的纹理。春回大地之时，紧挨着树皮里面的细胞开始分裂；分裂后的细胞大而壁厚，颜色鲜嫩，科学家称之为早期木，树干里的深色年轮就是由早期木形成的。在这以后，树又进入冬季休眠时期，周而复始，循环不已。这样，许多种树的主干里便生成一圈又一圈深浅相间的环，每一环就是一年增长的部分。这种年轮在针叶树中显着，在大多数温带落叶树中不明显，而许多热带树中则根本没有。
如今年轮已成为科学研究的一个重要领域。树被称为活档案，年轮就是记录。它不仅说明树木本身的年龄，还能说明每年的降水量和温度变化。年轮上可能还记录了森林大火、早期霜冻以及从周围环境中吸取的化学成分。因此只要我们知道了如何揭示树的秘密，它就会向我们诉说从它出世起，周围发生的大量事情。而现在这个学科的热点课题是从年轮中测出过去的气象以及气象的重大变化。
运用年轮的研究成果开始于本世纪初，美国的学者道格拉斯1901年在一家伐木营地考察那里树木的年轮型式，想找出证据说明这些年轮中记录了以11年为周期的太阳黑子活动。他没有立即找到证据，但他注意到，一个地区和另一个地区的年轮型式似乎一无二致。例如，一个伐木营地新伐的树木，里面是两道薄薄的年轮，外面是三道厚厚的年轮，其它营地新伐的树木也是这样。人们可以推断，这种型式表明，两年是坏天气，三年是好天气。道格拉斯注意到，他发现的这种型式的年轮似乎在亚利桑那州北部到处皆有。
在本世纪的头20年中，道格拉斯继续研究年轮的型式。通过识别年轮来测定古老建筑的年代是道格拉斯的创举。美国西南部印第安人村庄的废墟，长期以来引起了考古学家的兴趣。那些村庄原由工匠精心建造，其中有许多房屋显然已经使用了好多世纪，可是后来不知何故，那些村庄都废弃了。据估计，那些村庄早在公元前2000年就已存在。道格拉斯从1916年起开始考察印第安村庄废墟残留的木料，研究其年轮以确定其年化。到1929年，他终于制成一个“浮动”年表。
有文明传统的地方，在使用年轮方面可能出人意料，令人惊讶。比如说，在中世纪俄国的诺夫哥罗德，街上泥泞不堪，市民就往路面铺原木。一层陷进泥里就再铺一层，到现在至少有28条街已经堆满了一层又一层的原木，这些原木的年代从公元前953年起一直到前182年，真是年轮博览会。又如，像伦勃朗和鲁本斯等艺术大师的油画，分析其橡木油画板上的年轮型式就可知作画的年代。
现代年轮学可以说起源于60年代生物学家弗里茨在亚利桑那大学的研究工作。弗里茨和他的同事仔细考察了塔克森附近一些树的生长过程，他们给树枝乃至整棵树都套上了塑料膜，以断定一棵树究竟摄取和放出了多少各种各样的气体。经过8个寒暑的工作，他们终于详尽地了解了一环年轮生长的全部过程。
他们把美国西南部周围年轮的数据收集起来，同80年来的气象记录进行比较，就会看出年轮如何反映出气候。因此，对于没有气象记录的时期，我们从一环年轮形成的情况可以推断出当时的气候。弗里茨就这样把美国和太平洋北部的气象图编制到大约公元1600年。
年轮专家还研究了酸雨对美国东部森林的影响。哥伦比亚大学的戈登·雅各比解释说，随着树越长越老，年轮也变得越来越薄，这是正常的老化过程。因而可以得出结论：酸雨对树起着相反的作用。我们还必须比较气象数据以排除树生长减慢的其它可能原因。要证实酸雨的影响，必须找出正常条件以外的生长受阻情况。雅各比在新英格兰州周围的12个圈定地区中看到有3个地区受酸雨影响，其余9个地区没有受酸雨影响。
此外，年轮还记录了火山爆发、地震等自然现象。像圣海伦斯火山爆发时，大量灰尘和气体进入同温层，遮住大片阳光。这会使温度降到冰点以下，给树内留下一道叫做霜轮的特殊标记。而地震则会给树造成损害，使树在以后的一些年中产生较薄的年轮。
在某些情况下，年轮也可以用来证明环境污染的影响。由于几世纪以来不断燃烧煤和石油，大气层中二氧化碳大量蓄积，从而造成未来的地球气温升高。年轮气象关系学国际计划的数据将扩展到公元1700年，这个年代比开始燃烧煤和石油的产业革命时期还要早得多。研究者说：“没有这种数据基础，大气层科学家要想确切地知道渐暖趋势，恐怕还要用8年到20年的时间去观察气温和二氧化碳。到那时，恐怕为时过晚了。”
植物与动物何时分野
在生命简单到复杂、由低级到高级的漫长进化史中，很重要的一个环节是动植物的分野。两者之间的分化大大加快了生命的进化速度，那么，动植物究竟是何时开始分野的呢？
1859年，英国科学家达尔文在其着作《物种起源》中，提出了“寒武爆发”的进化论论点，就是说在寒武纪之初，我们的地球上突然出现了众多的动植物，于是就产生了动植物分野于约6亿年前寒武纪之初的传统观点。
到1959年，划时代的《物种起源》发表整整100周年之际，发生了一件具有重大意义的学术事件：对伊迪卡拉动物群的正确鉴定。该动物群的化石在过去一直被划归为寒武纪早期，而澳大利亚学者格拉斯南经过卓有成效的工作，指出了三个具有历史意义的科学事实：该化石群中没有任何寒武纪的动物化石；而且化石群中的微体化石的组成与寒武纪的毫无共同之处；更重要的是，它所处的地层与寒武纪地层明显属于两个不同的地质年代。由于这项发现，大约6亿年前动植物出现分野的传统观察被突破了，但是，仅仅依靠这些证据，仍然无法确定具体的年代。
进入本世纪70年代后，新的化石证据不断涌现，美国学者克劳德在美国加利福尼亚东部的贝克泉组地层中，发现了生活于13亿年前的单细胞的绿藻和金藻化石。1971年，德国科学家舍夫在澳大利亚的苦泉组地层中，又发现了一些生存于9亿年前的藻类植物化石。这些证据显然表明，动植物的分野至少应该始于10亿多年前。
动植物化石的新发现为确定动植物分野年代提供了大量的直接材料，但仅仅依靠化石是不够的。于是，分子生物学家们也加入到探索动植物分野年代之谜的讨论中。所谓生物分子进化论的研究方向，主要是研究蛋白质的分子结构，因为蛋白质的初级结构——氨基酸的排列顺序，不但决定了蛋白质分子的二级、三级、甚至四级结构，更重要的是从初级结构的差异中可反映出不同物种之间的亲缘关系。
至今，科学家们已弄清了数百种蛋白质分子的结构，所建立起来的分子进化系统与传统的分类系统基本上是吻合的，说明生物种的分子进化和形态进化有着基本的一致性。1982年分子生物学家柳思尼考对动物中的血红蛋白和肌红蛋白的进化做了研究，发现其变化速度为330～610万年，因此他提出，至少在10亿年前就已出现了动植物的分野，但这依然不是最后的定论。
最近，日本学者木村资生研究了动植物体内共有的一种蛋白质——细胞色素C。在不同的生物体中，细胞色素C的氨基酸排列顺序是不同的，但数量固定，都由104个氨基酸组成，其中有35个氨基酸在已知的200万种动植物中是完全不变的，而其余的则可以被不同或近似的氨基酸所替代，从而形成了不同生物种的氨基酸在排列上有所差异。他和另一些分子生物学家在研究中发现，在不同生物种的细胞色素C中，氨基酸排列顺序上的差异与生物种在进化系统上的位置是相对的，而且这些差异变化极缓慢又极有规律，氨基酸排列顺序大约2000万年改变1％。所以，分析和比较物种之间细胞色素与氨基酸排列顺序的异同，便可掌握它们彼此间亲疏远近的关系。分子生物学家用这种方法进行了详细而又精确的计算，最后得出结论认为，植物和动物的分化年代，应该是距今12～13亿年前。
综上所述，新发现的化石资料和分子生物学的新成就，使人们在了解动植物分野年代的问题上，迈进了几大步，但要真正揭开这个谜团，尚需要有更多的证据和发现。
植物如何利用太阳能
万物生长靠太阳，在生物发展的历史上，光合作用的出现是一件划时代的大事。
在20～30亿年以前，生物界生活着的尽是些厌氧异养生物，不仅数量有限，种类也受到限制。但光合作用出现后，绿色植物就大量繁殖起来，提供了丰富的生物界自制的有机物和氧气。人类和动物界赖以生存的能源直接、间接的来自太阳光能。而将太阳光能转化为食物中的化学能的本领是绿色植物所特有的。它通过光合作用将吸收的太阳能用于同化空气中的二氧化碳和水，并进一步转化形成有机物质。在此基础上异养的好生生物开始出现，从此，生物界面貌大大改观，一直演化到今天这样百花斗艳、千鸟争鸣的繁荣的境界。太阳光是以辐射能提供能源的，以光能的光子或量子形式发射出来。那么，植物是如何利用太阳能进行光合作用呢？
关于这一问题科学家们已经探索了200多年，最早的记载从17世纪中叶开始。1779年英国着名科学家普列斯特列和荷兰的印根豪茨首先发现绿色植物照光以后可以“净化空气”（也就是吸收二氧化碳并放出氧气），再经约一个世纪，德国的萨克斯才证实照光的绿色植物中有淀粉形成。由于当时缺少正确的思路，而且实验手段又非常落后，所以研究工作进展缓慢。对诸如绿色植物是通过什么“机构”吸收太阳光能？这种吸收、利用光能的“机器”结构又是怎样的？二氧化碳到底是怎样被固定、同化再转化为淀粉的？而氧气又是怎样被放出来的？等等，那时都无法了解。直到本世纪，研究工作才加快了步伐。特别是40年代以后，实验技术有了很大发展，通过各种分离、提取技术可以得到叶绿体及其色素和其它组分，高分辨率的显微镜尤其是电子显微镜用来观察光合器官的精细结构，这些技术的应用将研究工作推向深入。
通过精细的研究发现植物吸收光能的部位是在叶绿体中，叶绿体是个结构复杂的细胞器，它由基粒和间质两部分组成，前者为一个由片层膜组成的囊状体（称类囊体）垛叠而成，膜上存在着叶绿体色素（叶绿素和类胡萝卜素）和蛋白质。叶绿体色素和蛋白质可组成不同类型的复合体，各执行不同的机能。有的色素复合体专管吸收光能，称“捕光色素”复合体；有的则担负起光能转移的功能，所有吸收的光能最终都集中到一个色素中心复合体，在那里进行电荷分离形成电子和质子，促使水的光解。
经过成千上万科学工作者的努力，动用了世界上最先进的科学仪器和技术，也有四位科学家在阐明部分机理上取得成果而获得诺贝尔奖。但对植物如何利用太阳能的完全了解还相当远。科学家们还未搞清比当今世界上最大容量集成块体积还小的色素复合体的结构；还没有捕捉到在10～15秒以下短时间内所发生的变化，而了解植物如何利用太阳能之“谜”的关键就在那一瞬间。
冬天的植物
椿树王的故事
东汉演义中说，刘秀在一棵桑树的遮蔽下躲过王莽追兵的追杀，又吃桑葚填饱了肚子。刘秀感激不尽，发誓自己当皇帝后一定要好好封赏桑树。可等刘秀派人来封赏桑树时正是冬天，结果椿树竟被错封成了树王。以至桑树气破了肚皮，枣树笑得弯了腰。而椿树虽为树王，却臭名远扬。
在地球温带寒带地区，植物一年四季的形态是不同的。在冬天那些树木都落光了叶子的时候，你还能认识它们吗？
落叶、落枝的树木
大多数落叶树的叶子在当年冬天来临时落光。石楠、枇杷等常绿树落掉上一年的老叶。松树每年都生新叶，而落的却是已经长出2～4年的老叶。松树的叶，一般2针、3针或5针一束，着生在一个不发育的短枝上。严格来说，松树每年脱落的是这样的短枝，而不仅仅是叶。侧柏的许多鳞叶排在一组扁平的小枝上，每年脱落也是这样的小枝。天冬草的情况也与松树相似。