Vì sao cây không thể cao mãi?

aA

Cây hồng sam sequoia California là loài cây cao nhất thế giới với chiều cao tới hơn 100 mét. Nhưng thực tế thì không một cây sequoia nào cao hơn 130 mét - và chúng sẽ không thể vượt qua ngưỡng đó, dù có sống thêm hàng ngàn năm.

Nguyên nhân đều do nhựa cây. Để phát triển, cây cần vận chuyển đường thu được từ quá trình quang hợp, các chất dinh dưỡng từ rễ đến các bộ phận khác của cây. Và giống như máu lưu thông trong cơ thể người, cây được thiết kế để vận chuyển hai loại nhựa đến khắp thân, mang các dưỡng chất đến các tế bào.

Đầu tiên là dịch mạch rây. Chứa đường sinh ra từ quá trình quang hợp, dịch mạch rây đặc quánh, như mật ong, và chảy xuống tế bào ống rây phân phối đường khắp cây. Cuối hành trình, dịch mạch rây loãng ra như nước và nhập lại tại gốc. Bên cạnh tế bào mạch rây là tế bào mạch gỗ. Các tế bào này giàu chất dinh dưỡng và ion như canxi, kali và sắt, do rễ cây hấp thụ chuyển đến các bộ phận khác của cây. Tại rễ, có những tế bào chứa nhiều khoáng chất hơn tế bào khác, do đó, để cân bằng, nước từ dịch mạch rây thẩm thấu vào dịch mạch gỗ.

Quá trình này, gọi là sự thẩm thấu, tạo ra dịch mạch gỗ giàu dinh dưỡng, sau đó, di chuyển lên thân cây phân phối các chất dinh dưỡng. Nhưng hành trình này phải đối mặt với một trở ngại không nhỏ: trọng lực.

Để hoàn thành nhiệm vụ phi thường này, mạch gỗ phải dựa vào ba lực: lực hút do thoát hơi nước, hiện tượng mao dẫn, và áp suất rễ. Là một phần của quang hợp, lá đóng mở các lỗ nhỏ, gọi là khí khổng. Khí khổng cho phép khí cacbonic và oxy lưu thông qua lá, nó cũng tạo ra một khe hở để nước có thể bay hơi. Sự bay hơi này gọi là sự thoát hơi nước, tạo ra áp suất âm trong mạch gỗ, kéo dịch mạch gỗ di chuyển lên cây. Lực kéo này được tăng cường nhờ hiện tượng mao dẫn. Trong mao dẫn hẹp, lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với thành mạch gỗ có thể thắng trọng lực. Hiện tượng mao dẫn ảnh hưởng lên toàn sợi gỗ, do sợi gỗ mỏng hơn tóc người. Khi hai lực này kéo nhựa cây, hiện tượng mao dẫn tại gốc sinh ra áp suất rễ, đẩy dịch mạch gỗ tươi lên thân cây.

Sự kết hợp của ba lực này đẩy nhựa cây lên đến độ cao chóng mặt, phân phối chất dinh dưỡng, và hình thành lá mới để quang hợp - xa phía trên rễ cây. Nhưng dù những hệ thống này có tinh vi đến đâu, mỗi centimet là một cuộc chiến chống lại trọng lực. Khi cây ngày một cao hơn, sự cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu bắt đầu suy yếu. Đạt đến độ cao nhất định, cây không còn đủ nước để mất cho quá trình quang hợp. Không có quá trình quang hợp hỗ trợ cho sự tăng trưởng, cây hướng các dưỡng chất tới các nhánh sẵn có. Mô hình này, được gọi là "thuyết giới hạn thủy lực", đến nay, là lời giải thích tốt nhất cho việc vì sao chiều cao của cây lại có giới hạn, ngay cả ở điều kiện phát triển lý tưởng.

Sử dụng mô hình này kèm với tốc độ tăng trưởng, hiểu biết về nhu cầu dinh dưỡng và quá trình quang hợp, các nhà nghiên cứu có thể đưa ra giới hạn chiều cao cho các loài cụ thể. Đến nay, giới hạn này vẫn không có gì thay đổi - ngay cả cây cao nhất thế giới vẫn thấp hơn ngưỡng giới hạn khoảng mười lăm mét.

Dung (Nguoiduatin.vn)