Lá cây ngủ ban đêm: vì sao lá me, lá điệp và cây họ đậu khép lá

Lá me, lá điệp, lá keo và nhiều cây họ đậu khép lại khi trời tối vì ở gốc mỗi lá chét có một khớp nhỏ gọi là thể gối: tế bào một bên khớp mất nước co lại, bên kia trương nước phồng lên, đẩy lá gập xuống hoặc chụm vào nhau. Nhịp khép mở này được đồng hồ sinh học bên trong cây điều khiển, không chỉ là phản ứng với bóng tối. Vì sao cây phải "ngủ" thì giới khoa học vẫn còn bàn.

Cảnh dễ thấy: cây me lúc chạng vạng

Đứng dưới một cây me hay cây điệp vào ban ngày, tán lá xoè ra lấm tấm, nắng lọt qua thành đốm. Quay lại lúc chạng vạng hoặc tối, rọi đèn lên: các lá chét đã chụm sát nhau dọc theo cuống, tán cây trông thưa và "gầy" hẳn. Sáng hôm sau chúng lại xoè.

Những cây quen ở Việt Nam có thể quan sát hiện tượng này:

Hiện tượng lá khép theo ngày đêm có tên khoa học là vận động ngủ (nyctinasty). Nó khác với cây trinh nữ cụp lá khi bị chạm vào. Trinh nữ là phản ứng với va chạm, nhanh trong vài giây (một hiện tượng có bài riêng ở site khác trong hệ). Còn vận động ngủ diễn ra chậm, theo giờ trong ngày. Thú vị là trinh nữ cũng khép lá ban đêm, tức là nó có cả hai kiểu vận động.

Bản lề sống: thể gối

Lá cây không có cơ bắp. Vậy cái gì làm lá cử động? Câu trả lời nằm ở một đoạn phình nhỏ ở gốc cuống lá hoặc gốc lá chét, gọi là thể gối (pulvinus). Nhìn kỹ lá me hay lá điệp, bạn sẽ thấy chỗ lá chét đính vào cuống hơi phình và đậm màu hơn.

Thể gối chứa những tế bào "vận động" có thể thay đổi thể tích khá nhanh:

1. Khi có lệnh, tế bào ở một bên thể gối mở các kênh cho ion kali (K⁺) và ion clorua đi ra ngoài.
2. Chất tan giảm, nước theo thẩm thấu rời tế bào. Tế bào bên đó xẹp lại.
3. Cùng lúc, tế bào bên đối diện hút ion vào, nước vào theo, tế bào trương lên.
4. Một bên co, một bên phồng, khớp cong về phía bên co, kéo lá chét gập xuống hoặc chụm lại.

Sáng ra, quá trình đảo ngược và lá xoè. Đây là chuyển động nhờ sức trương nước, có thể lặp đi lặp lại mỗi ngày, khác với kiểu cây cong về phía ánh sáng nhờ tế bào một bên dài ra vĩnh viễn (bài riêng về hướng động).

Đồng hồ trong cây: thí nghiệm năm 1729

Năm 1729, nhà thiên văn người Pháp Jean-Jacques d'Ortous de Mairan làm một thí nghiệm rất đơn giản: đặt một chậu cây trinh nữ vào tủ tối. Lá vẫn xoè ra vào ban ngày và khép vào ban đêm theo đúng nhịp như ngoài trời, dù cây không thấy ánh sáng. Đây được coi là một trong những ghi chép sớm nhất về đồng hồ sinh học: cây có nhịp riêng bên trong, không chỉ đơn thuần phản ứng với sáng tối.

Về sau, các thí nghiệm kỹ hơn cho thấy nếu để cây trong tối liên tục hoặc sáng liên tục, nhịp khép mở vẫn tiếp tục với chu kỳ xấp xỉ 24 giờ (không đúng 24 giờ, mỗi loài lệch một ít), và dần trôi lệch khỏi giờ thật. Ánh sáng ban ngày đóng vai trò chỉnh lại đồng hồ mỗi ngày, giống như ta chỉnh đồng hồ đeo tay. Nhịp gần 24 giờ này có ở hầu hết sinh vật, từ vi khuẩn lam tới con người, và việc giải mã các gen điều khiển đồng hồ sinh học đã được trao giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2017 (nghiên cứu trên ruồi giấm).

Charles Darwin cùng con trai Francis cũng nghiên cứu kỹ vận động ngủ của hàng chục loài cây, ghi lại trong cuốn sách The Power of Movement in Plants (1880).

Vì sao cây phải khép lá: các giả thuyết

Đây là phần thú vị vì chưa có câu trả lời chung cuộc. Các giả thuyết chính:

• Giảm mất nhiệt ban đêm. Darwin cho rằng lá dựng đứng hoặc gập lại thì ít "nhìn" lên bầu trời đêm, mất nhiệt do bức xạ ít hơn, đỡ bị lạnh. Một số thí nghiệm của ông ủng hộ, nhưng hiệu quả này rõ ở vùng có đêm lạnh hơn là vùng nhiệt đới.
• Tránh ánh trăng làm rối đồng hồ. Một số cây ra hoa theo độ dài ngày đêm. Giả thuyết cho rằng khép lá giúp ánh trăng sáng không "đánh lừa" cảm nhận đêm dài ngắn của cây. Bằng chứng còn yếu.
• Thoát nước mưa, sương. Lá gập thì nước trôi đi nhanh, ít đọng, giảm nguy cơ nấm bệnh. Có lý nhưng chưa được kiểm chứng rộng.
• Đỡ bị côn trùng ăn đêm. Có ý kiến cho rằng lá khép làm sâu ăn đêm khó tiếp cận hoặc làm lộ sâu cho kẻ săn mồi. Còn bàn cãi.

Nhiều nhà nghiên cứu nghĩ rằng không có một lý do duy nhất; mỗi loài có thể được lợi theo cách khác nhau.

Hiện tượng họ hàng

• Hoa khép nở theo giờ. Hoa mười giờ nở khi nắng lên, hoa súng nhiều loài khép vào buổi chiều hoặc tối. Cơ chế thường là các tế bào ở cánh hoa lớn không đều theo nhiệt độ, ánh sáng, khác với thể gối.
• Lá xoay theo nắng. Lá đậu, lá lạc ban ngày nghiêng theo hướng nắng, giữa trưa gắt thì dựng đứng để bớt nóng, cũng nhờ thể gối.
• Cây bắt ruồi đóng bẫy. Đó là chuyển động nhanh do va chạm, cơ chế khác hẳn.

Hiểu lầm thường gặp

• "Lá khép vì thiếu ánh sáng." Thí nghiệm của de Mairan và các nhà khoa học về sau cho thấy lá vẫn khép theo giờ cả khi để trong tối hoàn toàn. Ánh sáng chỉ chỉnh giờ cho đồng hồ.
• "Cây ngủ như động vật ngủ." Cây không có não hay giấc ngủ theo nghĩa của động vật. "Ngủ" chỉ là cách gọi hình ảnh. Cây vẫn hô hấp, rễ vẫn hút nước suốt đêm.
• "Lá héo rủ xuống buổi trưa là lá ngủ." Lá héo do thiếu nước là chuyện khác: cả lá mềm oặt, không phải gập gọn ở khớp.

Tự quan sát / tự thử an toàn

1. Chụp ảnh cố định. Chọn một cành me, điệp hoặc chậu đậu, lạc. Đặt điện thoại cố định, chụp cùng một góc lúc 8 giờ sáng, 12 giờ trưa, 6 giờ chiều và 9 giờ tối (dùng đèn flash). So sánh bốn tấm ảnh.
2. Quay tua nhanh. Điện thoại có chế độ quay tua nhanh (time-lapse). Đặt chậu đậu non cạnh cửa sổ, quay suốt từ chiều tới tối. Bạn sẽ thấy lá "nhún nhảy" rõ rệt.
3. Thử lại de Mairan. Gieo vài hạt đậu xanh hoặc đậu đen trong chậu nhỏ. Khi cây có lá kép, đặt chậu vào tủ hoặc thùng các-tông kín sáng trong hai ngày. Mở ra kiểm tra (nhanh, dùng đèn yếu) vào buổi trưa và buổi tối. Lá vẫn khép mở theo nhịp dù không có ánh sáng, dần dần nhịp sẽ yếu đi.
4. Tìm thể gối. Dùng kính lúp soi gốc lá chét của lá me, lá chua me đất. Chỗ phình nhỏ đó chính là bản lề.

Chỉ quan sát cây trồng quanh nhà, sân trường. Không trèo cây cao để chụp, không bẻ cành cây công cộng.