Tại sao lá cây đổi màu vào mùa thu?

Mỗi mùa thu, những người yêu thích ngắm lá vàng sẽ tìm đến những địa điểm như Colorado, Vermont và Massachusetts. Tại đây, mọi người có thể nhìn từ bờ biển này sang bờ biển khác, ngắm những khu rừng xanh chuyển sang màu đỏ, vàng và cam.

Vậy tại sao thực vật lại trải qua thời kì “thay lá” đầy rực rỡ này và thời điểm nào chúng sẽ bắt đầu chu kì?

 

Trong các khu rừng ôn đới và rừng phương bắc, những cây và cây bụi rụng lá được gọi là cây rụng lá; chúng bao gồm các nhóm như cây dương, cây bông, cây phong và cây sồi . Trong khi đó ở vùng xích đạo, giữa các vùng nhiệt đới chủ yếu là những loài thực vật không rụng lá - ví dụ như cây thông, cây vân sam, cây tuyết tùng và cây linh sam tạo nên cây lá kim hoặc cây thường xanh. Cả hai loại cây đều tạo ra ít năng lượng hơn vào mùa đông, nhưng cây lá kim có những khả năng thích nghi, chẳng hạn như lớp phủ sáp để giảm thiểu sự mất nước , giúp chúng giữ được lá kim quanh năm.

Theo Adam Moore, một người giám sát lâm nghiệp của Sở Lâm nghiệp Bang Colorado, các loại cây cối đều nhận được tín hiệu từ môi trường, giống như chúng ta, để cho chúng biết khi nào đã đến lúc bắt đầu chuẩn bị cho mùa đông. Vào đầu mùa thu, điều kiện thời tiết bắt đầu thay đổi: Trời trở nên mát hơn - với những đêm mát mẻ nhưng không đóng băng - và thời lượng ánh sáng ban ngày giảm đi. Nói chung, có ít ánh sáng mặt trời hơn để cây hấp thu và chất diệp lục trong lá suy giảm.

 

Moore nói với Live Science: “Cây cối giống như một nhà máy và chúng muốn hoạt động hiệu quả”. "Chúng đang sản xuất oxy cho chúng ta và năng lượng cho chính nó, và nếu không có ánh sáng mặt trời, chúng bắt đầu ‘thu mình lại". Vào thời điểm đợt đóng băng đầu tiên xảy ra, cây cối sẽ dần chuyển sang trạng thái ngủ đông.

Trong khi chất diệp lục là sắc tố phổ biến nhất mà thực vật sử dụng để thu ánh sáng – những chiếc lá có màu xanh vì chất diệp lục hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh lam và phản chiếu ánh sáng xanh lục - thực vật cũng thường có nhiều loại sắc tố thứ cấp. Khi chất diệp lục trong lá cây bắt đầu suy yếu, những sắc tố cơ bản này sẽ lộ rõ. Đây là những gì chúng ta đang thấy khi tán lá mùa thu đạt đỉnh, Kristina Bezanson , một nhà trồng trọt tại Đại học Massachusetts Amherst, nói với Live Science qua email.

 

Màu đỏ và tím bắt nguồn từ các sắc tố thứ cấp gọi là anthocyanin, trong khi carotenoid và xanthophylls lần lượt tạo ra màu cam và màu vàng. Trong một nhóm duy nhất, chẳng hạn như cây phong, các loài khác nhau đã phát triển bộ sắc tố riêng của chúng. Ví dụ, cây phong đỏ chuyển sang màu đỏ tươi vào mùa thu, trong khi cây phong đen chuyển sang màu vàng.

Trong khi những sắc tố này làm cho cây trở nên đẹp hơn bao giờ hết, chúng cũng phục vụ một mục đích quan trọng. Nhà trồng trọt Bezanson cho biết: “Cây là sinh vật tự dưỡng, chúng tự tạo ra thức ăn thông qua quá trình quang hợp và lá thường được gọi là ‘nhà máy sản xuất thức ăn’ cho cây”. Việc có nhiều loại sắc tố có thể nhắm vào các bước sóng ánh sáng khác nhau cho phép thực vật thu được nhiều năng lượng hơn trong quá trình quang hợp.

 

Mặc dù phần lớn sự thay đổi màu sắc vào của lá cây vào mùa thu là do môi trường, nhưng thời gian thay đổi màu sắc một phần là do yếu tố di truyền quyết định. Trong một thí nghiệm, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng hàng chục nghìn gen được biểu hiện khác nhau trong giai đoạn thay đổi màu sắc của lá. Một số loài, như cây chua ( Oxydendrum arboreum ), bắt đầu đổi màu ngay từ cuối mùa hè, trong khi cây sồi thường rụng lá rất lâu sau khi những cây khác đã trụi lá. Các nhà khoa học cũng lưu ý rằng các nhóm cây của cùng một loài sống ở cùng vĩ độ sẽ thay đổi màu sắc cùng một lúc bất kể độ cao, khi những cây sống ở độ cao cao hơn, lạnh hơn thường sẽ thay đổi màu sắc trước tiên do nhiệt độ mát hơn.

Nhưng khi mùa đông đến, những cây rụng lá cuối cùng sẽ rụng lá, cây khi đó sẽ trơ trụi. Nhưng ngay cả khi không có lá, cây cối vẫn cung cấp cho hệ sinh thái những giá trị tốt. Chúng chặn gió và tiếp tục cung cấp môi trường sống quý giá cho các loài chim, đồng thời lá rụng cung cấp chất dinh dưỡng khi chúng phân hủy vào đất. Bezanson cho biết: “Việc rụng lá hàng năm giúp hình thành lớp phủ bảo vệ rễ cây trong mùa đông”.