Tại sao lá cây mùa thu tại Hoa Kỳ và châu Âu có màu khác nhau?

Bước ra ngoài đường vào mùa thu, những lá cây màu sắc rực rỡ trang hoàng cho cây cối là một cảnh tưởng thật tuyệt vời. Ở châu Âu lá cây vào màu thu hầu hết có màu vàng, trong khi tại Hoa Kỳ và Đông Á lá cây lại có màu đỏ chói ngời. Tại sao lại có sự khác biệt màu sắc như vậy?

Một lý thuyết mới của giáo sư Simcha Lev-Yadun thuộc Khoa khoa học giáo dục – sinh vật học thuộc Đại học Haifa-Oranim và giáo sư Jarmo Holopainen thuộc Đại học Kuopio tại Phần Lan và được công bố trên tạp chí New Phytologist, quay lại 35 triệu năm trước để giải mã bí ẩn màu sắc này.

Màu xanh của lá cây là do một lượng lớn sắc tố diệp lục trong lá. Sự thay đổi màu sắc lá thành đỏ hay vàng khi mùa thu đến không phải là kết quả của việc lá tàn úa, mà là một loạt các quá trình – khác biệt giữa lá cây màu thu đỏ và vàng. Khi sắc tố diệp lục trong lá giảm, sắc tố vàng đã tồn tại sẵn sẽ chiếm ưu thế và tạo ra màu sắc cho lá. Lá cây màu đỏ là kết quả từ một quá trình khác: Khi diệp lục giảm, sắc tố đỏ, anthocyanin, trước đó không có mặt, được tạo ra trong lá. Những thực tế này chỉ được phát hiện gần đây và dẫn đến một loạt những nghiên cứu khác nhằm giải thích tại sao cây lại sử dụng tài nguyên của mình để tạo ra sắc tố đỏ khi chúng sắp rụng lá.

Những giải thích cho hiện tượng này rất đa dạng và chưa có bất kỳ sự đồng ý nào về vấn đề này. Một trong số đó cho rằng sắc tổ đó được tạo ra như kết quả của một số chức năng sinh lý học khiến việc tái phân bố amino axit đến những phần gỗ của cây để tạo ra sự bảo vệ khỏi tổn thương do ánh sáng và lạnh giá gây ra. Những giải thích khác cho thấy sắc tố đỏ được tạo ra như chiến lược của cây để bảo vệ bản thân khỏi sâu bọ phát triển trong dòng amino axit. Nhưng bất kể câu trả lời là gì, những giải thích này không giúp chúng ta hiểu tại sao quá trình tạo ra anthocyanin, sắc tố đỏ, không xuất hiện tại châu Âu.

Lá cây. (Ảnh: Wikipedia)

Một phương pháp sinh thái học tiến hóa suy luận rằng màu lá vào màu thu là kết quả của cuộc chiến tiến hóa giữa cây và những loài côn trùng sử dụng cây như vật chủ. Trong mùa thu, khi su bọ hút amino axit từ lá cây và sau đó đẻ trứng, lá cây chuyển màu đỏ vì rệp vừng thường bị thu hút bởi màu vàng, từ đó cảnh báo côn trùng về chất lượng phòng vệ của cây nhằm làm giảm ý muốn ký sinh của sâu bọ. Trong trường hợp này, lôgic bảo vệ của sắc tố đỏ có vẻ hợp lý, nhưng hiện tượng lá vàng không thể được giải thích bằng phương pháp này. Và để giải quyết vấn đề đấy, một lý thuyết mới được áp dụng.

Theo lý thuyết của giáo sư Lev-Yadun và giáo sư Holopainen, cho đến 35 triệu năm trước, những khu vực rộng lớn của trái đất được bao phủ bởi những khu rừng “xanh mãi” với những cây nhiệt đới. Trong giai đoạn này, một loạt kỷ băng hà và điều kiện khô đã khiến nhiều loài cây tiến hóa thành loài rụng lá. Rất nhiều trong số những cây này bắt đầu quá trình tiến hóa tạo ra sắc tố đỏ ở lá để xua đuổi côn trùng. Tại Bắc Mỹ và Đông Á, những dải núi từ Bắc đến Na, cho phép thực vật và động vật “di trú” đến phía Nam hoặc phía Bắc với sự tiến và lùi của băng tùy theo dao động khí hậu. Và, tất nhiên, kẻ thù côn trùng của cây cối cũng di trú theo. Do đó cuộc chiến sinh tồn luôn luôn tiếp diễn. Ngược lại, tại châu Âu. những dãy núi – dãy núi Alpơ và các nhánh khác của nó – trải từ Đông sang Tây, và do đó không có khu vực “bảo vệ” nào được tạo ra. Rất nhiều loài cây không thể sống sót trong khí hậu quá lạnh chết đi cùng với những loài côn trùng dựa vào chúng để sinh tồn. Vào cuối thời kỳ băng hà, hầu hết các loài cây còn tồn tại ở châu Âu không cần đối mặt với nhiều loài côn trùng đã tuyệt chủng, và do đó không cần tạo ra những lá cây đỏ để tự bảo vệ.

Theo các nhà khoa học, bằng chứng hỗ trợ cho giả thuyết này có thể được tìm thấy ở cây buị lùn mọc tại Scandinavia, một loài vẫn sản xuất ra sắc tố đỏ cho lá vào màu thu. Không giống các loài cây khác, cây bụi lùn đã sống sót qua kỷ băng hà dưới một lớp tuyết che phủ chúng và bảo vệ chúng khỏi điều kiện khắc nghiệt bên trên. Dưới lớp tuyết này, những loài sâu bọ ăn lá cây bụi lùn cũng được bảo vệ - do đó cuộc chiến giữa loài thực vật này với côn trùng vẫn tiếp diễn, khiến việc tạo ra lá đỏ vẫn cần thiết.