Vì sao mùa thu lá rụng

Cây sử dụng một dòng tế bào, được gọi là tế bào hấp thụ, để cắt lá khỏi cành về cơ bản. Lá sẽ chết nếu để trên cây rụng lá.

Lá của cây cung cấp chất dinh dưỡng từ ánh sáng mặt trời. Vào mùa đông vào một ngày ấm áp, lá có thể cố gắng tiếp tục quá trình cung cấp chất dinh dưỡng, gọi là quang hợp. Vì quá trình xử lý cần có nước, nếu thời tiết trở lạnh trở lại, lá bị đóng băng trên cành khiến cây bị chết. Do đó, cây sẽ bị dính lá chết vào mùa xuân, dẫn đến cái chết của cây. Thay vào đó, cây cối trở nên không hoạt động vào mùa đông bằng cách rũ bỏ lá của chúng. Họ phát triển một bộ mới vào mùa xuân. Ở vùng khí hậu nhiệt đới, cây cối rụng lá trong mùa khô vì những lý do tương tự; họ sẽ chết trên cây. Chỉ những cây rụng lá mới rụng lá; cây thường xanh giữ chúng quanh năm.

Vào mùa thu, trái đất nhận được ít ánh sáng mặt trời và hơi ấm hơn, điều này khiến cây cối chuẩn bị cho thời tiết mùa đông sắp tới. Sự thay đổi của thời tiết kích thích sự thay đổi nội tiết tố trong cây. Khi điều này xảy ra, lá sẽ thay đổi màu sắc và các tế bào abscission cắt lá khỏi cành. Điều này dẫn đến việc lá rụng vào mùa thu.

Sự rụng lá giúp cây tồn tại trong không khí lạnh và khô của mùa đông. Khi nhiệt độ ấm hơn, cây cối sử dụng lá để làm thức ăn với sự trợ giúp của quá trình quang hợp, một quá trình bao gồm sự hấp thụ nước, ánh sáng mặt trời và carbon dioxide qua lá để tạo ra glucose. Vào mùa đông, quá trình sản xuất lương thực chậm lại, do đó, lá cây sử dụng hết năng lượng để sản xuất thực phẩm là rất ít hoặc không có. Cây cối cũng bị mất nước qua lỗ chân lông trên lá, vì vậy trong những tháng khô, lạnh, khi việc giữ nước là quan trọng, lá sẽ hoạt động kém hiệu quả.

Nếu lá vẫn còn trên cây, nước trong lá sẽ đóng băng. Chất rắn đông lạnh, lá sẽ chết. Điều đó có nghĩa là khi mùa xuân quay lại, cây sẽ chẳng còn gì ngoài những chiếc lá chết khô, vì vậy nó cũng sẽ chết theo. Do đó, chu kỳ rụng và mọc lại của lá kéo dài tuổi thọ của cây.

Ở miền nhiệt đới, khi thu sang, lá cây vẫn xanh, hoặc chỉ hơi chớm vàng. Nhưng cùng thời điểm đó ở vùng ôn đới, lá đã rụng rào rào, và chỉ mới chớm đông, cây đã trơ trụi kiểu "mất áo". Điều gì khiến chúng trút bỏ bộ cánh của mình sớm như vậy?

Lá cây, ngoài chức năng hô hấp và quang hợp còn thường xuyên để thoát nhiều hơi nước. Lượng mưa mùa thu ở miền ôn đối tương đối thấp. Vì vậy, nguồn nước dự trữ trong lòng đất cũng ít đi. 

Đồng thời thu sang, nhiệt độ dần dần hạ thấp xuống. Hoạt động hô hấp của rễ vì thế mà yếu đi, cộng với khí hậu khô hanh, khả năng hạn chế thoát hơi nước mặt lá cũng kém hẳn lại. 

Trong hoàn cảnh đó, lượng nước do cây hút giảm nhiều. Vì vậy, nếu cây vẫn giữ nguyên diện tích thoát hơi nước [chủ yếu là mặt lá] sẽ xảy ra tình trạng "vào ít ra nhiều", vô cùng bất lợi, thậm chí đe dọa tính mạng của cây. 

Cuối cùng, do lượng nước ít, mạch dẫn trong cuống lá không vận chuyển nước đến nữa, lá cây già đi và khô, cuống lá chỉ bám hờ vào cành. Gió thu thổi tới, lá sẽ trút xuống.

Ở miền nhiệt đới tuy không có mối đe dọa vì giá lạnh, nhưng vẫn có mùa khô và mùa mưa. Vào tháng 11-12, khí hậu rất khô hanh. Tuy vậy, nhiệt độ lúc này vẫn khá cao, khiến lá thoát ra rất nhiều hơi nước. Nếu không trút bớt một phần lá, cây sẽ không thể cung cấp đủ nước cho lá.

[Theo 10 vạn câu hỏi vì sao]

Đăng nhập

Đăng nhập để trải nghiệm thêm những tính năng hữu ích

• Nóng

• Mới

• VIDEO

• CHỦ ĐỀ

Đó là những cây quang hợp nhiều hơn vào mùa xuân và mùa hè sẽ rụng lá sớm vào mùa thu. 

Lá của những loài cây rụng lá vùng ôn đới chuyển sang màu vàng và đỏ rực rỡ trước khi rụng, báo hiệu mùa thu đã đến. Đây là quá trình lão hóa của lá, giúp cho cây chuẩn bị đón mùa đông bằng cách tạm ngừng phát triển và lấy dưỡng chất từ các tán lá. Trong chu trình vật hậu của cây, lá già đi đánh dấu thời điểm kết thúc giai đoạn sinh trưởng mà cây hấp thụ CO2 qua quá trình quang hợp.

Tình trạng ấm lên toàn cầu dẫn đến các giai đoạn sinh trưởng dài hơn trong những năm gần đây, với sự xuất hiện của lá cây vào mùa xuân sớm hơn 2 tuần so với 100 năm trước và lá già đi chậm hơn 6 ngày. Tình trạng lão hóa của lá sẽ còn tiếp tục chậm hơn thế nếu khí hậu tiếp tục ấm áp, làm tăng lượng carbon cây hấp thụ vào trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Tuy nhiên, các nhà khoa học ở ETH Zurich mới đây lại có kết luận ngược lại. Trong một nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Khoa học, họ đã giải thích cơ chế tự điều tiết làm ngắn lại thời kỳ sinh trưởng của cây. Tăng quang hợp vào mùa xuân và mùa hè dẫn đến lão hóa sớm hơn, khiến cho lá mùa thu rụng sớm hơn.

Giảm sút bể chứa carbon chính là yếu tố quyết định sự lão hóa của lá

Trước đây, rất khó dự báo chính xác mùa tăng trưởng của cây vì các yếu tố dẫn đến việc lá cây già đi chưa được hiểu đầy đủ. Đến nay, các nhà khoa học cho rằng khi mùa hè qua đi, thời tiết mùa thu làm cho nhiệt độ thấp xuống, ngày ngắn lại. Đây là những yếu tố chính làm cho lá cây suy giảm sức sống. Một số nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng sự phát triển của lá trong mùa xuân có ảnh hưởng đến việc lụi tàn của lá khi thu sang.

"Nhưng vì các cơ chế này quan trọng đến mức nào thì chúng ta vẫn chưa hiểu hết nên các mô hình vật hậu học chỉ có thể vận dụng các tác động này phần nào mà thôi." - Tiến sĩ Constantin Zohner, trưởng nhóm nghiên cứu của ETH Zurich cho biết.

Mối liên hệ giữa vật hậu học mùa thu và mùa xuân có thể được giải thích bằng hoạt động quang hợp, hay chính xác hơn là hiện tượng giảm sút bể chứa carbon. Trong giả thuyết này, khi đất khan hiếm chất dinh dưỡng như là nitrogen chẳng hạn, thì lượng CO2 mà cây hấp thụ trong mùa thu cũng bị giảm sút. Cây càng hấp thụ nhiều carbon trong mùa xuân và mùa thu thì mùa lá úa tàn càng sớm bắt đầu.

Từ lâu người ta đã biết đến vai trò này của quang hợp trong việc kiểm soát sự lão hóa của lá, ví dụ như ở các loài cây lương thực thu hoạch theo vụ mùa, nhưng chưa bao giờ được thí nghiệm ở các loài cây khác. Chính vì thế các nhà khoa học ở ETH Zurich đã tiến hành nghiên cứu các yếu tố quyết định vật hậu học bằng cách vừa kết hợp quan sát thực địa với các thí nghiệm và các mô hình trong phòng thí nghiệm.

Tác động mạnh của quang hợp

Qua quan sát lâu dài 6 loài cây rụng lá theo mùa ở châu Âu trong 6 thập kỷ qua, các nhà khoa học đã có cơ sở để tiến hành nghiên cứu này. Từ các dữ liệu thu thập được, nhóm của Tiến sĩ Zohner đã thử nghiệm ảnh hưởng tương đối của các yếu tố khác nhau đối với thời gian lá cây úa tàn vào mùa thu, trong đó có các yếu tố: sự sinh trưởng mạnh của lá vào mùa xuân, quang hợp theo mùa, nồng độ CO2, nhiệt độ và lượng mưa.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn tiến hành một loại thí nghiệm với cây non ngoài trời và trong lồng thí nghiệm để có thể phân biệt các tác động của nhiệt độ, ánh sáng ban ngày và nồng độ CO2 ảnh hưởng như thế nào đến mối tương quan giữa quang hợp và sự già đi của lá.

Quan sát lâu ngày cũng cho thấy tác động mạnh mẽ của quang hợp: trong những năm lá cây quang hợp nhiều vào mùa xuân và mùa hè, lá già đi sớm hơn ở mức cứ tăng 10% hoạt động quang hợp thì dẫn đến lá già đi sớm 8 ngày. Các thí nghiệm đã khẳng định thêm cho các phát hiện này.

Mô hình mới dự báo chính xác hơn

Nghiên cứu cho thấy quang hợp theo mùa, nhiệt độ mùa thu và độ dài của ngày là những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự già đi của lá. Một số yếu tố khác như nồng độ CO2 trong không khí, nhiệt độ mùa hè, cường độ ánh sáng và lượng mưa cũng có ảnh hưởng nhưng chỉ ảnh hưởng gián tiếp thông qua việc chúng ảnh hưởng đến quá trình quang hợp.

Mùa thu ấm lên do biến đổi khí hậu khiến cho quá trình già đi của lá bị chậm lại. Tuy nhiên, tác động này bị chặn lại bởi quang hợp tăng lên vào mùa xuân và mùa hè thông qua việc tăng nồng độ CO2, mùa hè ấm hơn và lá cây phát triển sớm hơn.

Các nhà nghiên cứu đã xây dựng một mô hình vật hậu học mùa thu mới có tính đến tất cả các yếu tố này ở mức ảnh hưởng của từng yếu tố. Mô hình mới giúp họ dự đoán thời gian lá già đi vào mùa thu với mức độ chính xác tăng 42% so với các mô hình cũ. Các dự báo trước đây cho rằng thời điểm lá cây già đi sẽ xuất hiện chậm 2 đến 3 tuần vào cuối thế kỷ này, nhưng mô hình mới cho kết quả ngược lại, tức là nếu quang hợp tiếp tục tăng lên thì lá cây sẽ già đi sớm hơn từ 3 đến 6 ngày so với hiện nay. Điều đó có nghĩa là mùa cây phát triển sẽ kéo dài thêm từ 8 đến 12 ngày vào cuối thế kỷ này.

Phạm Hường 

Theo Science Daily