Tất nhiên, ông ta sẽ không bao giờ thành đạt được điều mơ ước. Vì lẽ ra, ông phải hiểu rằng vấn đề không phải ở quả dưa chuột, mà phải bắt đầu từ… những chiếc lá. Lá cây mới chính là sáng tạo kỳ diệu của thiên nhiên, để thực hiện một nhiệm vụ phi thường mà người xưa tưởng đâu chỉ có vị thần Prômêtê mới là nổi đen lửa nhà trời xuống cho trái đất…

Để bắt đầu câu chuyện cho đủ ngọn ngành, trước hết hãy phải giở lại dòng lịch sử vài trăm năm về trước. Thời đó, ngay cả các nhà bác học cũng không thể trả lời đúng cho câu hỏi: cây ăn gì để lớn lên và sinh hoa kết trái? Nhà bác học Henmôn, đã tìm cách khám phá điều bí mật đó bằng thực nghiệm. Ông chọn một bồn sứ lớn, ddwowngj kg đất và đem trồng một nhành liễu nặng 2kg trong đó. Phía trên và phía dưới bồn, đều bịt kín bằng nắp thủy tinh, chỉ chừa một lỗ cho cây mọc và hằng ngày chỉ tưới nước chứ không bón thêm gì khác…

Năm năm kiên trì chờ đợi… Nhành liễu khi xưa đã trở thành một thân cây lớn cành lá xum xuê. Henmôn đem cân lại cẩn thận các thành phần, và kinh ngạc biết bao thấy cây liễu đã lớn thêm tới 75 kg mà trọng lượng đất trong chậu lại chỉ hụt đi có 70 gam. Thế thì cây lấy đâu ra vật chất để tạo nên phần thân lá gia tăng đó?

Sau Henmôn, phải qua rất nhiều người khác mới đi đến giải đáp đơn giản là: cây lớn lên chủ yếu nhờ không khí, hay chính xác hơn, nhờ chất khí cácbôníc hấp thụ từ không khí. Tuy nhiên, cơ chế của sự hấp thụ như thế nào thì mãi đến gần đây, Tmiriadép mới lý giải được đầy đủ và xây dựng nên cơ sở lý thuyết của quá trình quang hợp.

Lý thuyết này diễn giải quá trình quang hợp một cách giản đơn:

“… Những “hạt” ánh sáng mặt trời chiếu tới lá cây, bị hấp thụ bởi những “hạt” chất xanh. Năng lượng ánh sáng được chuyển hóa sang các dạng năng lượng khác, sử dụng cho các quá trình tạo thành vật chất trong cây, ẩn dưới hình thức này hay hình thức khác… Tóm lại cây xanh chĩnh là vị thần Prômêtê, đã dùng ánh sáng mặt trời tạo nên nguồn thức ăn nuôi sống con người…”

Cách giải thích của nhà bác học đi được vào vấn đề cơ bản nhưng còn chưa đầy đủ. Vì, đồng ý là mọi sản phẩm từ thực vật mà ta vẫn dùng làm nguồn thức ăn, không có gì khác là thể dự trữ của năng lượng mặt trời. Nhưng, còn cần phải có cơ chế trung gian, nối liền thế giới vô cơ với thế giới hữu cơ. Chất trung gian chính là cácbon, một nguyên tố có tính năng đặc biệt, có thể oxy hóa dễ dàng rồi lại dễ dàng tách khỏi oxy, để kết hợp với một nguyên tố khác, chẳng hạn hyđrô.

Còn một tính chất khác của cácbon là các nguyên tử của chúng có thể nối lại với nhau thành những chuỗi dài, có độ lớn và hình dạng thay đổi, những chuỗi đó là nền tảng của các phân tử vật chất muôn hình muôn vẻ, có khả năng chuyển hóa dễ dàng từ dạng này sang dạng khác, tạo nên những vật chất có đặc tính khác nhau.

Một câu hỏi có thể đặt ra: làm thế nào mà những nguyên tử cácbon của không khí lại lọt được vào trong cây và làm nhiệm vụ trung gian trong quá trình chuyển hóa năng lượng?

Đó chính là chuyện thần thoại xảy ra trong chiếc lá.

Lá cây với vẻ mỏng manh đơn giản như ta thường thấy, là một bộ máy tổng hợp rất tinh vi và vĩ đại. Nếu như cây trồng phủ trên bề mặt 1 hécta, thì toàn bộ diện tích là của chúng ta phải tới 3 – 4 hécta, thậm chí 10 hécta. Những cửa ngõ để tiếp xúc với không khí còn lớn hơn thế nhiều nữa, vì mặt lá cấu tạo bởi bô số các “lỗ khí”. Qua những cửa mở tự do ấy, trong suốt quá trình tạo thành mùa màng, một khối lượng khổng lồ các phân tử khí đã đi qua, để góp phần tham gia xây dựng các mô cây.

Chắc có những lần bạn từng để ý tới cảnh đi lại chen chúc trên đường phố vào một giờ cao điểm… Ở các “cửa lá”, tình trạng chen chúc còn hơn nhiều. Trong một giây đồng hồ, qua một lỗ khí có kích thước vài phần ngàn milimét, có ít nhất là 2.500 tỉ phần tử cácbon đã đi qua. Tính ra trong suốt cuộc đời của cây, một hécta trồng trọt đã tiêu thụ hết khối không khí dày 4 kilômét trên nó.

Sau đó, sự chuyển hóa vật chất bắt đầu diễn ra. Mới đầu, từ những hợp chất đơn giản của cácbon, được tiếp thêm ánh sáng mặt trời, tạo thành những chất liệu ở thể hòa tan. Rồi từ đó sản sinh ra tinh bột. Người ta tìm thấy rằng chỉ vài phút sau khi bắt đầu quang hợp, tinh bột đã xuất hiện trên lá cây.

Chơ tới hiện nay, thật là một điều vô cùng đáng tiếc nếu như những bí mật của sự quang hợp trong lá cây còn chưa được khám phá. Còn quá nhiều câu hỏi tại sao vẫn tồn tại và tiếp tục làm đau đầu các nhà bác học.

Chẳng hạn, tại sao bộ máy quang hợp của những loại cây này lại mạnh hơn rất nhiều so với những loại cây khác? Tại sao khả năng quang hợp lại hoàn toàn không phụ thuộc vào kích thước cây, vào tuổi cây? Một cây như cây hướng dương, chỉ ra hoa thì lại có bộ máy quang hợp rất mạnh, mục đích để làm gì?

Theo kết quả nghiên cứu của nhiều nhà bác học, cường độ quang hợp của cây phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm phổ của ánh sáng. Chẳng hạn, trong ánh sáng đỏ, cây tỏi tạo thành của lớn hơn và củ có mùi hăng hơn. Trái lại, trong ánh sáng xanh, tỏi chỉ phát triển dọc chứ không phát triển củ. Có nhiều cây chọc lọc màu ánh sáng một cách cầu kỳ như một nhà họa sĩ. Chỉ khi nào có điều kiện phối hợp màu đúng sở thích cua nó, thì cây mời phát triển tốt.

Người ta cũng xác định rằng cường độ ánh sáng có ý nghĩa lớn đối với quang hợp. Không phải cứ cường độ càng cao, thì quang hợp càng tốt. Mỗi loại cây hình như chỉ thích nghi với một liều lượng ánh sáng nhất định, quá mức đó thì bộ máy “quá tải” không tăng hiệu suất được nữa, mà dưới mức đó thì làm việc yếu ớt, chậm chạp. Từ điều này, người ta mới hiểu ra tại sao lá cây thường mọc chếch, lá nọ xen lá kia. Vì cường độ ánh sáng mặt trời phụ thuộc vào góc chiếu tới, nên khi lá nằm nghiêng so với tia sáng, cường độ nhỏ hơn là khi tia sáng chiếu thẳng góc. Lá nọ mọc chen lá kia có thể nhằm mục đích che bớt ánh sáng, vào những giờ trưa khi mặt trời ở xung quanh thiên đỉnh.

Tuy nhiên, còn một điều khó hiểu, là hình như tất cả mọi lá cây đều làm việc vượt quá mức cần thiết rất nhiều. Người ta tính rằng, để tạo thành một phân tử vật chất hữu cơ từ một phân tử khí cácbon, chỉ cần năng lượng của 3 – 4 phôtôn là đủ. Thế mà thực tế, lá cây đã hấp thụ năng lượng gấp tới 30 – 40 lần. Tất nhiên một phần năng lượng được chi dùng đều làm bay hơi nước. Nhưng ngay cả trong những vùng khô hạn, ít nước, lá cây cũng mang rất nhiều chất xanh, và thu hút rất nhiều năng lượng. Như vậy để làm gì?

Gần đây, các nhà bác học đã xây dựng nên nhiều giả thiết lý thú, nhằm cắt nghĩa cơ chế của sự biến hóa từ ánh sáng thành vật chất trong cây. Một giả thuyết đáng chú ý của Crát nốpxki (Liên xô) mô tả bản chất bán dẫn của bộ máy quang hợp ở lá cây. Theo Crát nốpxki, chất xanh của lá cây dưới tác dụng của luồng Phôtôn, đã hoạt động như một máy bơm Êléctrôn độc đáo. Do tác dụng của các chất xúc tác và của ánh sáng, các phân tử chất xanh bị xáo động và đoạt lấy êléctrôn của các phân tử nước. Những Êléctrôn này được trao đổi qua các vật chất trung gian cho tới khi tạo thành Hyđrát Cácbon. Cũng tương tự như vậy, các phân tử chất xanh lá cây thu lấy hạt nhân Hyđrô. Hyđrô lấy đi một phần Oxy từ Axit Cácbôníc và thay vào chỗ đó. Thế là tạo thành “ chất năng lượng” dự trứ, làm nguồn thức ăn cho người và vật.

schoolnet@