Lá đổi màu và nhựa cây phong: hai hiện tượng cùng một nguyên nhân là nhiệt độ

Hai hình ảnh gắn với Canada nhất — rừng lá đỏ mùa thu và nhựa cây phong — hoá ra có chung một cơ chế kích hoạt, và cơ chế đó khá đẹp.

Vì sao lá đổi màu

Lá xanh vì có diệp lục — sắc tố hấp thụ ánh sáng để quang hợp. Nhưng lá không chỉ có diệp lục; nó còn có các sắc tố khác quanh năm, chỉ là bị màu xanh át đi.

Khi ngày ngắn lại và nhiệt độ giảm, cây chuẩn bị rụng lá — vì giữ lá qua mùa đông là bất lợi: lá dễ bị đóng băng làm hỏng, và bề mặt lá làm mất nước khi rễ không hút được từ đất đóng băng.

Trong quá trình chuẩn bị đó, cây rút các chất có giá trị từ lá về thân để tái sử dụng năm sau. Diệp lục bị phân huỷ trong quá trình này.

Khi màu xanh mất đi, các sắc tố vàng và cam vốn đã có sẵn lộ ra. Đây là nguồn của màu vàng.

Nhưng màu đỏ thì khác — và đây là phần thú vị hơn.

Màu đỏ không lộ ra mà được tạo mới

Sắc tố cho màu đỏ không có sẵn trong lá mùa hè. Nó được cây sản xuất mới vào chính giai đoạn cuối này.

Điều này đặt ra một câu hỏi hay: vì sao cây lại tốn năng lượng tạo ra một sắc tố mới cho những chiếc lá sắp rụng?

Có mấy giả thuyết được nêu trong nghiên cứu:

• Bảo vệ khỏi ánh sáng. Trong lúc cây đang rút chất từ lá, bộ máy quang hợp đã yếu đi. Ánh nắng mạnh lúc này có thể gây hại. Sắc tố đỏ hoạt động như một lớp chắn, giúp quá trình rút chất hoàn tất
• Chống lạnh. Có bằng chứng cho thấy sắc tố này giúp lá chịu được nhiệt độ thấp thêm một khoảng, kéo dài thời gian thu hồi chất
• Tín hiệu với côn trùng — một giả thuyết gây tranh luận nhiều hơn

Điểm chung của các giả thuyết: màu đỏ có chức năng, không phải sản phẩm phụ. Đây là khác biệt quan trọng so với màu vàng — vốn chỉ là thứ lộ ra khi màu xanh mất đi.

Vì sao có năm màu đẹp và năm không

Từ cơ chế trên suy ra ngay điều kiện cho một mùa thu rực rỡ:

Ngày nắng ấm — để lá còn quang hợp, tạo ra đường trong lá.

Đêm lạnh nhưng chưa xuống dưới không độ — cái lạnh làm chậm việc vận chuyển đường ra khỏi lá, nên đường tích lại. Mà đường chính là nguyên liệu để tạo sắc tố đỏ.

Nghĩa là đường bị giữ lại trong lá càng nhiều thì màu đỏ càng đậm.

Ngược lại, các điều kiện làm mùa thu kém rực rỡ:

• Mùa thu nhiều mây — ít quang hợp, ít đường, màu nhạt
• Đêm quá ấm — đường được chuyển đi hết, không tích lại
• Sương giá sớm — làm hỏng lá trước khi quá trình hoàn tất, lá chuyển nâu và rụng
• Hạn hán mùa hè — cây yếu, rụng lá sớm
• Gió mạnh hoặc mưa lớn — làm rụng lá ngay khi vừa đẹp

Đây là lý do không thể đặt lịch chính xác cho mùa lá đỏ, và vì sao mỗi năm đỉnh điểm rơi vào thời gian khác nhau. Có các bản đồ theo dõi tiến trình đổi màu được cập nhật hằng tuần trong mùa — đó là công cụ nên dùng thay vì dựa vào lịch cố định.

Nhựa cây phong: cùng nguyên nhân, khác cơ chế

Bây giờ tới phần liên kết hai hiện tượng.

Nhựa cây phong không chảy quanh năm. Nó chảy vào một khoảng ngắn cuối đông đầu xuân, và điều kiện rất cụ thể: đêm nhiệt độ xuống dưới không độ, ngày lên trên không độ.

Cơ chế là chuyện áp suất trong thân cây:

Ban đêm khi lạnh, nước trong thân cây đóng băng một phần. Băng chiếm thể tích lớn hơn nước, nhưng đồng thời quá trình này tạo ra áp suất âm hút nước từ rễ lên.

Ban ngày khi ấm lên, băng tan và khí trong các khoang gỗ giãn nở, tạo ra áp suất dương đẩy nhựa ra ngoài qua bất kỳ vết cắt nào trên thân.

Nghĩa là cây hoạt động như một cái bơm chạy bằng chênh lệch nhiệt độ ngày đêm. Không có chu kỳ đóng băng và tan băng đó thì nhựa không chảy.

Điều này giải thích vì sao ngành này chỉ tồn tại được ở một dải khí hậu hẹp: cần mùa đông đủ lạnh và mùa xuân có chu kỳ ngày đêm vượt qua điểm đóng băng. Quá ấm thì không có chu kỳ; quá lạnh kéo dài thì ngày không lên trên không độ.

Hai chi tiết đáng biết về ngành này

Một: nhựa rất loãng. Nhựa cây tươi có hàm lượng đường thấp — cần cô đặc rất nhiều lần mới thành siro. Đây là lý do sản phẩm cuối đắt: phần lớn công đoạn là bay hơi nước.

Hai — chi tiết mà nhiều người thấy khó tin: có một kho dự trữ chiến lược.

Vì sản lượng phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết của một khoảng vài tuần, sản lượng dao động rất mạnh giữa các năm. Để ổn định nguồn cung và giá, những người sản xuất đã lập ra một cơ chế tích trữ trong năm được mùa để bù cho năm mất mùa.

Đây là cùng nguyên lý với kho dự trữ dầu chiến lược của các nước, áp dụng cho một sản phẩm nông nghiệp — và nó là một trong những ví dụ thú vị nhất về cách một ngành tự tổ chức để xử lý rủi ro thời tiết.

Câu hỏi thường gặp