Vòng đời kỳ diệu trong khúc gỗ mục

Tuy nhiên, phân hủy gỗ – một trong những vật liệu hữu cơ cứng nhất – không hề diễn ra dễ dàng. Cho tới nay, các nhà khoa học vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu về quá trình sinh thái quan trọng này. Một số nhà khoa học đang tìm hiểu những bí quyết mà nấm và các vi sinh vật khác sử dụng để tiêu hóa gỗ, cách thức động vật tận dụng kỹ năng này. Số khác tính toán vai trò của gỗ mục trong tái chế vật chất hữu cơ và ổn định khí hậu toàn cầu. Những điều họ đang tìm hiểu chỉ mới sơ khởi và chưa thể làm rõ các mối tương tác phức tạp diễn ra bên trong cái cây đổ xuống.

“Cây chết đi không có nghĩa là nó không còn tác dụng lớn trong hệ sinh thái”, nhà sinh thái học Amy Zanne từ Viện Nghiên cứu hệ sinh thái Cary ở ĐH bang New York cho biết. Tuy nhiên, số lượng gỗ mục ở nhiều khu rừng trên thế giới đang sụt giảm, và biến mất cùng với nó là vai trò đem lại sự sống thiết yếu.

Khí carbon mà cây hấp thụ phần nào được dùng để xây dựng những phân tử có cấu trúc phức tạp như cellulose, hemicellulose và lignin. Cellulose là những sợi bền chắc được tạo từ đường đơn glucose, giúp hình thành nên khung gỗ. Bao quanh nó là những sợi hemicellulose dẻo dai. Còn lignin cứng nhất trong ba loại phân tử, nó giống như xi măng liên kết mọi thứ thành một thể vững chắc.

Cellulose và lignin là “những cải tiến tiến hóa phi thường” – nhà nghiên cứu nấm David Hibbetttừ ĐH Clark cho biết. “Chúng có nhiều đặc điểm hữu ích cho thành tế bào và các sinh vật khó tiêu hóa được chúng”.

Chỉ có một nhóm vi sinh vật nhất định mới có thể phá vỡ những phân tử cứng như vậy. Ví dụ, nấm trong họ basidiomycetes (ngành nấm đảm tạo ra quả thể, bao gồm mũ nấm và thân nấm) có thể phá vỡ những phân tử cứng, bền này. Một số nấm tiếp cận cây khô nhờ bào tử lơ lửng trong không khí hay côn trùng mang tới, trong khi số khác vươn mình về phía gỗ dưới dạng các sợi phân nhánh gọi là sợi nấm (hyphae). Một số loại thậm chí nằm ẩn bên trong cây sống, chờ cây bị căng thẳng hoặc chết để sinh sôi nảy nở.

Những loại nấm như vậy sẽ kéo dài sợi nấm về phía lỗ hổng trên thân cây do côn trùng đào hoặc là mô dẫn nước của cây, hoặc chúng tự mở lối đi riêng. Nấm mục trắng tiết ra enzyme có mức công phá mạnh để phá vỡ lignin rồi tiếp cận bên trong, để lại phần gỗ trắng dạng sợi chủ yếu là cellulose. Trong khi đó, nấm mục nâu không động tới lignin, nhưng nó phóng ra những phân tử phản ứng mạnh để phá hủy cellulose, để lại chất nền màu nâu dễ vỡ vụn.

Các loại nấm phân hủy gỗ có tính lãnh thổ cao. Khi xẻ một khúc gỗ mục, bạn sẽ thấy nhiều đường màu đen chạy dọc ngang gỗ. Đó là melanin — sắc tố khiến da người sẫm màu – mà nấm sử dụng để tự vệ trước sự xâm nhập của đồng loại.

Từ lâu, các nhà nghiên cứu cho rằng côn trùng có vai trò nhỏ nhoi trong quá trình phân hủy gỗ. Nhưng thực tế, chúng là thành phần quan trọng, nhất là ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Côn trùng góp phần phân hủy 1/3 cây khô trên toàn cầu, theo nghiên cứu năm 2021 của nhà sinh thái học Sebastian Seibold từ ĐH Công nghệ Dresden (Đức). Chúng bao gồm ong bắp cày gỗ, nhiều loại ruồi, mọt cùng các loại bọ cánh cứng khác. Dĩ nhiên, danh sách này không thể vắng mặt mối – những bậc thầy “ăn gỗ” siêu hạng.

Những con côn trùng này đẩy nhanh tốc độ phân hủy của vi sinh vật bằng cách nghiền gỗ thành hạt nhỏ, đồng thời tự chúng cũng cố gắng tiêu hóa. Một số côn trùng có thể làm vậy dù trong ruột không có vi sinh vật phân hủy cellulose, và không sinh vật nào có thể làm việc này hiệu quả như mối. Chúng hình thành những đàn mối lớn và mạnh mẽ đẩy lùi những sinh vật khác muốn “xâm chiếm” cây khô của mình. Một số đàn mối có thể hoàn toàn ăn hết một cây lớn trong một thập kỷ.

Không chỉ ăn cây khô, một số loài mối sinh sống trong những hệ sinh thái như thảo nguyên khô cằn của Úc thậm chí còn xâm chiếm cây sống – một động thái hiếm thấy vì mô sống chứa nhiều hợp chất bảo vệ mạnh. Đám mối này xâm nhập vào rễ và ăn dần vào lõi cây, nơi chứa hàm lượng hóa chất thấp hơn. Hơn 30% sinh khối của thảo nguyên do mối ăn rỗng từ thân cây bên trong, trong khi cây vẫn còn sống.

Một số mối khác dùng nấm để phân hủy lignin hộ mình, chúng trồng nấm giống như người nông dân chăm mùa vụ. Ví dụ, ở châu Phi và châu Á, một số loài mối thu thập bào tử của nấm mục trắng từ môi trường và phát triển chúng trong một cấu trúc giống tổ ong, làm từ vật liệu cây chết. Đám mối mang gỗ về tổ rồi ăn hỗn hợp mà nấm phân hủy.

Thế rồi, những sinh vật chuyên ăn gỗ lại nuôi dưỡng các sinh vật khác. Nhiều loài bọ cánh cứng gặm bào tử, thể sợi hoặc nấm thuộc loại phân hủy gỗ, trong khi một số loài kiến coi mối là món ăn khoái khẩu. Ước tính, 1/3 côn trùng trong rừng phụ thuộc vào cây khô bằng cách này hay cách khác, rồi chúng lại thành thức ăn cho những loài không xương sống, chim và dơi. Các khúc gỗ đang hoai mục tạo thành nơi lý tưởng cho cây con phát triển, làm chỗ trú ẩn cho động vật.

Khi cây được tiêu hóa hết, cuối cùng nó đi về đâu? Những loài ăn gỗ sử dụng một phần carbon làm năng lượng, thải ra khí CO2 (và methane trong trường hợp của mối). Carbon cũng được dùng trong xây dựng: một số loài mối dùng phân giàu lignin của chúng để xây tổ và gò đất. Khi những cấu trúc này phân hủy, một phần carbon được giải phóng vào không khí, phần còn lại vẫn nằm trên đất, cùng với mẩu gỗ thừa. Những thứ này sẽ trở thành một phần của mùn đất, giúp giữ nước và hỗ trợ vi sinh vật, động vật không xương sống và rễ cây sống trong đất.

Tuy nhiều lợi ích là thế, song số lượng cây khô cùng đa dạng sinh học đi cùng với nó đã giảm mạnh trong nhiều cánh rừng trên khắp thế giới. Đất rừng biến thành các đồn điền gỗ để khai thác trước khi cây chết tự nhiên; một số người trồng rừng cũng loại bỏ cây khô nhằm giảm nguy cơ đám cháy bùng phát mạnh. Người ta cũng loại bỏ gỗ mục vì tin rằng chúng sinh ra côn trùng có hại tấn công cây sống, nhưng các nhà sinh thái học tin rằng rủi ro này đã bị thổi phồng thái quá. Cây khô cũng bị đưa vào lò đốt công nghiệp để sản xuất năng lượng sinh học.

Trong những năm gần đây, vai trò quan trọng của cây cối đối với sức khỏe và đa dạng sinh học của Trái đất được nhiều người quan tâm và trân trọng hơn. Thế nhưng, người ta lại quên mất rằng cây khô, gỗ mục cũng là yếu tố thiết yếu đối với nền kinh tế tuần hoàn tự nhiên trong rừng, khi sự sống nảy nở từ cái chết.

Nguồn:

smithsonianmag.com