Fynbos là một loại cây bụi giàu chỉ được tìm thấy ở cực nam châu Phi và có bộ rễ mỏng nhất so với bất kỳ cộng đồng thực vật nào trên thế giới cho đến nay. Những bộ rễ ngấu nghiến chất dinh dưỡng này, cộng với một số khả năng thích ứng đã biến nơi chỉ có cây fynbos sống sót thành một thế giới khắc khổ.
Ở Nam Phi, bạn có thể di chuyển giữa khu rừng xanh mát và vùng cây bụi ngập nắng chỉ trong một sải bước. Nghiên cứu mới cho thấy những biên giới hẹp này giữa các hệ sinh thái khác nhau đáng kể được duy trì bởi sự cạnh tranh gay gắt giữa các bộ rễ của thực vật.
Vùng đất cây bụi fynbos của Nam Phi (hậu cảnh) đột ngột chuyển sang rừng tươi tốt (tiền cảnh), một sự bế tắc được duy trì bởi hệ thống rễ siêu mỏng của fynbos.
Quan tâm đến những yếu tố tổ chức tự nhiên ở quy mô rất rộng, nhà sinh thái học Lars Hedin và các đồng nghiệp muốn xem xét những nơi mà sự thay đổi môi trường theo thời gian có thể lật ngược hệ sinh thái giữa hai trạng thái riêng biệt.
Vùng đất của Fynbos là một môi trường sống thấp, nhiều cây bụi, nơi có sự đa dạng thực vật đáng kinh ngạc: hơn 7.000 loài, hầu hết không tìm thấy ở nơi nào khác trên thế giới.
Hedin, thuộc Đại học Princeton cho biết: “Đó là một trong những hệ thống đa dạng sinh học nhất trên thế giới. "Về cơ bản nó đa dạng như một khu rừng nhiệt đới."
Nhưng ngay bên cạnh xứ sở thần tiên đầy hoa và nóng bỏng này - với cùng khí hậu và thành phần địa chất cơ bản - là khu rừng ôn đới châu Phi tươi tốt, phát triển mạnh mẽ với những cây cao và rêu, nhưng nhìn chung ít loài hơn.
“Ranh giới là sắc nét như một mét. Nó giống như một phép chuyển đổi nhị phân, không sang một", đồng tác giả nghiên cứu Mingzhen Lu, nhà sinh thái học tại Viện Santa Fe ở New Mexico, cho biết. Ông nói, vùng này hẹp hơn nhiều so với vùng chuyển tiếp giữa xavan và rừng mưa nhiệt đới, có thể xảy ra trên nhiều km.
Để điều tra xem điều gì làm cơ sở cho những đường viền sắc nét này, nhóm nghiên cứu đã so sánh các mẫu rễ từ cả fynbos và hệ thống rừng. Họ cũng tiến hành các thí nghiệm cấy ghép, di chuyển thực vật rừng ôn đới ở châu Phi đến fynbos và theo dõi sự phát triển của chúng trong 4 năm. Các nhà nghiên cứu đã giữ cho rễ cây fynbos tránh xa vùng cấy ghép và điều chỉnh mức dinh dưỡng trong một số mảnh đất để phát hiện ra các yếu tố hạn chế đối với thực vật rừng.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy khi tránh xa rễ cây hoặc được cung cấp nhiều nitơ hơn, cây rừng phát triển nhanh gấp 5 lần những cây chịu cạnh tranh hoặc bất lợi về dinh dưỡng. Điều đó cho thấy rằng các loài thực vật fynbos không ngừng xâm nhập thực vật bằng cách độc quyền tiếp cận chất dinh dưỡng.
Dưới bề mặt, câu chuyện thậm chí còn trở nên rõ ràng hơn. Cây fynbos có rễ mỏng và dài hoạt động giống như tên lửa tìm kiếm chất dinh dưỡng, chui qua đất mà các rễ khác không thể chạm tới.
“Đó là một lợi thế cạnh tranh,” Hedin nói. "Đó là một vũ khí ngầm."
Độ dày trung bình của ngọn rễ trong cộng đồng thực vật fynbos là khoảng 0,1 mm, hoặc khoảng một phần tư đến một nửa độ dày của bất kỳ hệ thống rễ nào khác trên thế giới. Lu cho biết: “Rễ fynbos dày nhất vẫn mỏng hơn rễ rừng [ôn đới châu Phi] mỏng nhất,” Lu nói.
So với cây rừng, rễ cây bìm bịp cũng dài gấp 10 lần. Một gam mô rễ của một số cây fynbos - có khối lượng bằng một ngón tay cái - có thể trải dài trên 15 chiều dài lãnh thổ của sân bóng đá.
Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng fynbos tạo ra "sự khốn khổ về dinh dưỡng" cho bất kỳ cây nonfynbos nào, làm cho đất xung quanh fynbos nghèo dinh dưỡng với bộ rễ siêu hiệu quả của chúng. Ngoài ra, một tỷ lệ lớn cây bụi và cỏ fynbos rất dễ bắt lửa, làm cho hệ sinh thái dễ xảy ra hỏa hoạn đặc biệt dữ dội. Các ngọn lửa đốt nóng đến nỗi chúng làm bay hơi nitơ trong đất vào không khí, lấy đi những chất dinh dưỡng đó khỏi khu vực. Thay vì thiết kế môi trường xung quanh để tăng cường mức độ dinh dưỡng, thực vật có thể làm ngược lại - phá hoại nguồn cung cấp chất dinh dưỡng - để tự tạo ưu thế trước những kẻ xâm lấn.
Một bông hoa súng (Cyrtanthus ventricosus) xuất hiện sau một đám cháy ở vùng đất rất thiếu dinh dưỡng của hệ sinh thái fynbos ở Nam Phi.
Biên giới rừng fynbos dao động theo năm tháng giữa các chu kỳ cháy, với khu rừng ẩm ướt chủ yếu dập tắt ngọn lửa và fynbos cuối cùng tiêu diệt những kẻ xâm phạm.
Hedin nói, một ý tưởng phổ biến từ lâu về các cộng đồng sinh thái lớn là chúng được thúc đẩy chủ yếu bởi các yếu tố không tồn tại, chẳng hạn như khí hậu, địa hình và địa chất, nơi các sinh vật thích nghi với các điều kiện địa phương. Nhưng trong trường hợp này - và có thể những trường hợp khác - "các trạng thái ổn định thay thế" phát sinh từ một cuộc chiến tranh giữa các sinh vật.
Theo Gerlinde de Deyn, một nhà sinh thái học về đất, các phát hiện chứng minh các mảnh ghép của câu đố này - lửa, các đặc điểm thực vật ở trên và dưới mặt đất và phản hồi giữa đất và thực vật, cho biết. tại Đại học Wageningen & Nghiên cứu ở Hà Lan không tham gia vào nghiên cứu.
De Deyn nói rằng độ mỏng của cây fynbos là “đáng chú ý”, nhưng vai trò của nấm gắn liền với rễ trong hệ sinh thái cần phải được giải quyết. Những loại nấm này thường tham gia rất nhiều vào chu trình dinh dưỡng trong đất và có thể góp phần vào quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng hiệu quả của rễ, thay vì rễ tự làm tất cả.
Trong fynbos, cũng có thể có các bài học về cách các đặc điểm rễ giúp hoặc cản trở sự lây lan của các loài thực vật xâm lấn, Lu nói.