Vận chuyển nước lên một cái cây cao cỡ tòa nhà mười tầng từ gốc đến lá không hề đơn giản. Làm thế nào điều này thực hiện được? Câu trả lời nằm ở những chiếc bình nhỏ được thiết kế đặc biệt gọi là xylem - cộng với sự kết hợp của một số yếu tố khác.
Các nhà khoa học đang tiến gần hơn đến việc bắt chước dòng nước chảy ngược thẳng đứng tuyệt vời này nhằm mục đích khử muối và xử lý nước thải quy mô lớn cũng như các ứng dụng khác trong tương lai.
Các nhà khoa học công nhận quá trình vận chuyển nước tuyệt vời của những loài cây này, nói rằng những cái cây đã làm chủ được điều này trong “hàng trăm triệu năm”. Nhưng các nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng cột nước thẳng đứng chảy ngược không đứt đoạn này phức tạp đến mức nào, liên tục di chuyển tới 100 mét trong một cây gỗ đỏ California.
Nước và khoáng chất được hút vào hệ thống rễ và vào mô mạch (tức là xylem) chủ yếu chịu một lực “kéo” gọi là sự thoát hơi nước. Sự thoát hơi nước là sự thất thoát hơi nước qua các lỗ chuyên dụng gọi là lỗ khí ở mặt dưới của lá. Hơn 20% lượng nước do rễ cây hấp thụ được thoát ra ngoài không khí dưới dạng hơi nước. Hành động kéo vật lý này cũng là do sự gắn kết hóa học duy nhất giữa các phân tử nước được gọi là liên kết hydro. Các phân tử nước kết dính với nhau tạo thành một dòng thoát hơi nước, còn được gọi là lý thuyết lực căng dính. Điều này tạo ra một cột nước liên tục chuyển động ổn định bất thường.
Sao chép thiết kế hệ thống dẫn nước của cây không hề dễ dàng. Hệ thống vận chuyển nước phản trọng lực do Aiping Liu tại Đại học Khoa học Kỹ thuật Chiết Giang và Hao Bai tại Đại học Chiết Giang dẫn đầu được coi là "tốt", nhưng "các nhà nghiên cứu có kế hoạch cải thiện hơn nữa hiệu suất của hệ thống để chuẩn bị cho việc đưa ra ứng dụng trong thực tế", chẳng hạn như cần thiết phải cải thiện chiều dài và tốc độ vận chuyển nước cho các ứng dụng công nghiệp phục vụ con người.
Có gì lạ khi bài báo nói rằng, “Di chuyển nước với yếu tố phản trọng lực lên trên một cách hiệu quả là một kỳ công lớn của con người” và “Việc tái tạo một hệ thống vận chuyển nước hiệu quả như loài cây đang làm là một thử thách lớn”.
Sự vận chuyển nước trong thực vật là đáng kinh ngạc về độ phức tạp của nó. Việc sao chép thiết kế của Đấng tạo hóa để thực hiện trong thực tế cuộc sống đòi hỏi nguồn kinh phí, kế hoạch và các nhà nghiên cứu xuất sắc — mà không phải thời gian và cơ hội.
Ánh Dương
Tác giả: Frank Sherwin*
Theo Viện ICR
Tài liệu tham khảo:
- Zyga, L. Antigravity water transport system inspired by trees. PhysOrg. Posted on phys.org July 8, 2019, accessed July 10, 2019.
- Xu, W. et el. 2019. Efficient Water Transport and Solar Steam Generation via Radially, Hierarchically Structured Aerogels. ACS Nano. DOI.org/10.1021/acsnano.9b02331
*Tác giả F. Sherwin là Cộng tác viên Nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Sáng tạo (ICR). Anh đã lấy bằng thạc sĩ về động vật học tại Đại học Bắc Colorado.
