Một nghiên cứu mới tiết lộ rằng "định luật cây cối" của Leonardo da Vinci - trước đây được cộng đồng khoa học sử dụng để mô hình hóa chức năng của cây - không chính xác đối với cấu trúc mạch máu bên trong của cây. Nghiên cứu cho thấy rằng sự sai lệch của quy tắc này với hệ mạch của cây có thể giải thích tại sao những cây lớn dễ bị hạn hán và biến đổi khí hậu hơn.
"Định luật về cây cối" được Leonardo da Vinci sử dụng để minh họa về cây cối đã được cộng đồng khoa học áp dụng rộng rãi khi mô hình hóa cây cối và chức năng của chúng.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Bangor ở Anh và Đại học Khoa học Nông nghiệp Thụy Điển (SLU) đã phát hiện ra rằng quy tắc này mâu thuẫn với các quy tắc điều chỉnh cấu trúc bên trong của cây.
Sự yêu thích hội họa của Da Vinci đã khiến ông nghiên cứu tỷ lệ kích thước của các vật thể khác nhau, bao gồm cả cây cối, để thể hiện chúng chính xác hơn. Để thể hiện cây một cách chính xác, ông đã nhận ra cái gọi là “quy luật của cây”, tức là “tất cả các cành của cây đều có độ dày bằng nhau khi kết hợp với thân ở mọi giai đoạn chiều cao của nó”.
Người ta cho rằng "định luật về cây" của Leonardo cũng có thể được áp dụng cho các kênh mạch máu ở cây, theo đó khi cành trở nên hẹp hơn, kích thước của các kênh riêng lẻ giảm theo tỷ lệ tương tự, trong khi thể tích của thân cây vẫn tăng lên. “Quy tắc” này đã được công nhận là một phần của lý thuyết chia tỷ lệ trao đổi chất.
Tuy nhiên, những phát hiện được công bố trên tạp chí uy tín Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) của các nhà khoa học tại Đại học Bangor và SLU cho thấy mô hình này không hoàn toàn chính xác khi áp dụng vào cấu trúc mạch máu bên trong của cây.
Để nước và chất dinh dưỡng chảy hiệu quả trong cây từ rễ đến ngọn lá, hệ thống mạch máu phải duy trì "sức cản thủy lực".
Ruben Valbuena và Stuart Sopp của Đại học Bangor và SLU đã tính toán rằng để lực cản thủy lực hoạt động, tại một thời điểm nhất định "luật cây" không còn được áp dụng nữa.
Để vận chuyển chất lỏng từ rễ đến ngọn lá một cách hiệu quả, các kênh mạch của cây cần phải có kích thước nhất định để duy trì lực cản thủy lực. Vì vậy, cây phải giảm kích thước khi đến phần cuối, dẫn đến tỷ lệ mao mạch so với thân cây xung quanh tăng lên.
Tiến sĩ Ruben Valbuena (Giáo sư danh dự tại Đại học Bangor, hiện là Giáo sư tại Đại học Nam California) giải thích: "Trong khi Da Vinci “Nó mang lại nguồn cảm hứng lớn cho các nghệ sĩ, nhưng định luật về cây của Leonardo không đúng ở cấp độ vi mô. Chúng tôi tin rằng các tính toán của chúng tôi sẽ hoàn thiện hơn nữa lý thuyết về quy mô trao đổi chất và nâng cao hiểu biết của chúng tôi về toàn bộ hệ thống thực vật. Tính toán lại của chúng tôi cũng có thể giải thích tại sao những cây lớn dễ bị hạn hán hơn và cũng có thể dễ bị tổn thương hơn trước tác động của biến đổi khí hậu."
Đồng tác giả Stuart Sopp, hiện đang nghiên cứu tiến sĩ về khoa học môi trường tại Đại học Bangor: "Một trong những mục tiêu của chúng tôi là tìm ra tỷ lệ có thể sử dụng để ước tính sinh khối cây và hàm lượng carbon trong rừng. Tỷ lệ mới này sẽ giúp tính toán lượng carbon thu được của cây cối trên toàn cầu."