Dây leo quấn như bìm bìm, mồng tơi, đậu leo xoắn theo một chiều cố định vì chiều xoắn được quy định bởi chính cách cây lớn lên, do gen của loài đó quyết định, chứ không phải do gió, do Mặt Trời hay do bán cầu. Ngọn cây non liên tục quay vòng tròn để "dò" tìm chỗ bám, và chiều quay ấy cũng là chiều mà thân sẽ quấn quanh cọc. Các khảo sát trên nhiều loài cho thấy phần lớn cây quấn xoắn ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống, nhưng vẫn có những loài quen thuộc quấn theo chiều ngược lại.
Ngọn cây biết đi tìm chỗ bám
Nếu đặt máy quay chụp liên tục một ngọn bìm bìm hay ngọn đậu leo trong vài giờ rồi tua nhanh, ta sẽ thấy một cảnh lạ: đầu ngọn không đứng yên mà vẽ những vòng tròn lớn trong không khí, như cánh tay quờ quạng trong bóng tối. Hiện tượng này gọi là chuyển động xoay nút (circumnutation). Khi ngọn chạm vào một cái cọc, một cành cây hay sợi dây, nó tiếp tục quay, và vì bị vật cản chặn lại, thân bắt đầu quấn quanh vật đó.
Chuyển động xoay nút không phải ngọn cây "cố ý". Nó sinh ra vì các phía của thân non lớn nhanh chậm khác nhau, và vùng lớn nhanh nhất lần lượt đổi vòng quanh thân. Phía nào lớn nhanh thì thân cong về phía ngược lại; khi vùng lớn nhanh dịch dần quanh chu vi, chỗ cong cũng dịch theo, và đầu ngọn vẽ thành vòng tròn.
Darwin và những cây leo trong phòng làm việc
Charles Darwin là người nghiên cứu kỹ hiện tượng này đầu tiên. Ông trồng hàng chục loài cây leo trong nhà, đánh dấu vị trí đầu ngọn trên tấm kính đặt phía trên, ghi lại từng giờ. Kết quả được công bố trong chuyên khảo On the Movements and Habits of Climbing Plants (Về chuyển động và tập tính của cây leo), in lần đầu năm 1865 và in lại có bổ sung năm 1875. Ông ghi nhận ngọn cây hublông, khi trời ấm, quay hết một vòng chỉ trong khoảng hai giờ.
Darwin chia cây leo thành nhiều nhóm theo cách bám: cây quấn thân (thân quấn quanh vật đỡ), cây có tua cuốn, cây có cuống lá quấn, cây có rễ móc hoặc rễ bám, cây có gai móc. Bài này nói về nhóm đầu tiên. Nhóm có tua cuốn với điều kỳ lạ về chiều xoắn được kể ở bài riêng tiếp theo.
Chiều xoắn: thuận hay ngược kim đồng hồ
Nói chuyện chiều xoắn rất dễ nhầm, vì cùng một đường xoắn, nhìn từ trên xuống và nhìn từ dưới lên cho hai chiều ngược nhau. Các nhà thực vật học xưa còn dùng chữ "xoắn phải", "xoắn trái" theo những quy ước trái ngược nhau, khiến nhiều sách cũ đọc rất rối. Để khỏi lẫn, bài này luôn mô tả theo một cách: đứng nhìn từ trên đỉnh cọc xuống, ngọn cây đang leo lên quay theo chiều nào.
Năm 2007, một nhóm nhà sinh thái học do Will Edwards và Angela Moles dẫn đầu khảo sát rất nhiều cây quấn thuộc hàng trăm loài, ở nhiều địa điểm trên các châu lục thuộc cả Bắc và Nam bán cầu. Họ thấy đại đa số loài, khoảng chín phần mười, quấn theo cùng một chiều, và tỉ lệ này không đổi giữa hai bán cầu. Nghĩa là quan niệm dân gian "cây ở nam bán cầu xoắn ngược với cây ở bắc bán cầu", giống như chuyện nước xoáy trong bồn rửa, là không đúng.
Một vài ví dụ quen thuộc
- Bìm bìm, rau muống leo, khoai lang dại (chi Ipomoea): quấn ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống, thuộc nhóm đông.
- Đậu cô ve leo (chi Phaseolus): thuộc nhóm đông như trên.
- Hublông (cây dùng làm bia) và kim ngân: quấn thuận chiều kim đồng hồ, thuộc nhóm ít.
Với mồng tơi, rau quen thuộc của mọi nhà, cách hay nhất là tự quan sát giàn nhà mình theo cách ở cuối bài và ghi lại. Một điều chắc chắn: trong cùng một loài, mọi cây đều quấn cùng một chiều. Gỡ ngọn ra rồi quấn ngược lại quanh cọc, ngọn mới mọc sẽ tuột ra hoặc tự quay về chiều quen thuộc của nó.
Vì sao lại có chiều xoắn cố định
Chiều xoắn của thân là kết quả của sự bất đối xứng rất nhỏ ở cấp tế bào. Trong mỗi tế bào thực vật có những ống siêu nhỏ gọi là vi ống, xếp nghiêng một góc nhất định so với trục thân. Chúng định hướng cho việc xếp các sợi xenlulô ở vách tế bào. Khi các sợi này xếp hơi nghiêng theo một hướng, tế bào lớn lên sẽ hơi xoắn theo hướng đó, giống như cuộn giấy quấn chéo khi kéo dài sẽ xoay vặn.
Các nhà khoa học đã tìm ra những dòng cây thí nghiệm Arabidopsis (một loài cải nhỏ dùng phổ biến trong phòng thí nghiệm) mang đột biến làm vi ống xếp nghiêng khác thường. Những cây này mọc rễ và cuống lá xoắn rõ rệt, có dòng xoắn trái, có dòng xoắn phải, tuỳ gen bị đột biến. Đây là bằng chứng rằng chiều xoắn nằm trong bộ máy di truyền của cây. Tuy vậy, vì sao phần lớn cây quấn trên thế giới lại "chọn" cùng một chiều vẫn là câu hỏi mở; có giả thuyết liên quan tới việc bám theo đường đi của Mặt Trời ở tổ tiên xa, nhưng chưa được chứng minh.
Cây quấn biết chọn cọc
Cây quấn không quấn quanh mọi thứ. Nếu cọc quá to, thân không vòng qua được và tuột xuống. Các thí nghiệm đặt cọc nhiều cỡ cho thấy mỗi loài có một khoảng đường kính vật đỡ ưa thích; nhiều loài thân mảnh quấn dễ quanh những cọc nhỏ vài centimet, còn với cột lớn thì phải nhờ dây buộc hoặc lưới. Thân cây quấn còn mọc lông, gờ, móc nhỏ giúp bám chắc hơn, và khi quấn xong, thân thường dày lên, hoá gỗ dần để siết chặt.
| Kiểu leo | Bộ phận bám | Ví dụ quen thuộc |
|---|---|---|
| Quấn thân | Cả thân quấn quanh vật đỡ | Bìm bìm, mồng tơi, đậu leo, sắn dây |
| Tua cuốn | Sợi tua mảnh cuộn quanh vật đỡ | Mướp, bầu, bí, chanh dây, nho |
| Cuống lá quấn | Cuống lá cong quanh vật đỡ | Một số loài ông lão (Clematis) |
| Rễ bám | Rễ phụ bám vào tường, thân cây | Trầu không, vạn niên thanh leo, trường xuân |
| Gai móc | Gai cong móc vào cành khác | Hoa giấy, hồng leo, mây |
Tự quan sát: theo dõi ngọn đậu leo
- Gieo vài hạt đậu leo (đậu cô ve leo hoặc đậu đũa) vào chậu, hoặc chọn một ngọn bìm bìm, mồng tơi đang mọc trong vườn.
- Khi cây cao khoảng 20–30 cm và đầu ngọn bắt đầu dài ra mảnh khảnh, chưa bám vào đâu, cắm một que tre nhỏ cách gốc vài centimet.
- Đặt điện thoại trên giá cố định, chế độ quay tua nhanh (time-lapse), hướng máy từ trên xuống hoặc ngang ngọn cây, quay vài giờ ban ngày. Nếu không có chế độ đó, cứ mỗi 20–30 phút đứng đúng một chỗ nhìn xuống và đánh dấu hướng đầu ngọn lên một tờ giấy vẽ vòng tròn.
- Khi ngọn đã quấn vào que, nhìn từ đầu que xuống và ghi chiều quấn: thuận hay ngược chiều kim đồng hồ. So với các bạn trong lớp quan sát loài khác.
Thí nghiệm hợp cho học sinh làm ở nhà trong một tuần. Không cần hoá chất, không cần dụng cụ đặc biệt. Khi tỉa cây thì để người lớn dùng kéo.
Góc nhìn hôm nay
Hiểu cây quấn giúp làm giàn đúng cách: chọn cọc cỡ vừa, căng lưới dây mảnh thay vì cột to, và khi hướng ngọn lên giàn thì quấn theo đúng chiều tự nhiên của loài để cây bám nhanh hơn. Người trồng hublông ở châu Âu đã biết điều này từ lâu: họ luôn quấn ngọn non theo chiều kim đồng hồ quanh dây. Muốn đọc thêm, các bản tóm tắt chuyên khảo về cây leo của Darwin khá dễ tìm và rất dễ đọc với học sinh trung học.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao dây leo luôn quấn một chiều?
Chiều quấn do cách các tế bào ở thân non lớn lên quyết định, mà điều này được quy định bởi gen của loài. Ngọn cây quay vòng theo một chiều cố định để tìm chỗ bám, và thân quấn quanh vật đỡ theo đúng chiều quay đó.
Cây leo ở nam bán cầu có xoắn ngược không?
Không. Khảo sát năm 2007 trên rất nhiều cây quấn ở cả hai bán cầu cho thấy tỉ lệ các chiều xoắn như nhau ở hai nửa Trái Đất. Chiều xoắn không liên quan tới lực Coriolis hay hướng Mặt Trời.
Bìm bìm quấn theo chiều nào?
Bìm bìm và các loài cùng chi Ipomoea quấn ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên đỉnh cọc xuống. Đây là chiều phổ biến nhất ở cây quấn, khoảng chín phần mười số loài.
Ngọn cây leo có thật sự chuyển động không?
Có. Ngọn cây non liên tục vẽ vòng tròn trong không khí, gọi là chuyển động xoay nút. Darwin ghi nhận ngọn hublông quay một vòng trong khoảng hai giờ khi trời ấm. Quay video tua nhanh sẽ thấy rất rõ.
Quấn ngọn mồng tơi ngược chiều có được không?
Thường là không bền. Ngọn mới mọc sẽ tuột ra hoặc tự quay về chiều tự nhiên của loài. Muốn cây bám nhanh, hãy quan sát chiều quấn sẵn có của cây rồi hướng ngọn theo đúng chiều đó.
