Địa y và rêu được gọi là sinh vật tiên phong vì chúng sống được trên đá trần, nơi chưa có đất, chưa có chỗ cho rễ bám. Địa y tiết axit và dùng sợi nấm len vào khe đá để làm đá mủn ra; rêu giữ nước và bụi, khi chết để lại lớp mùn mỏng đầu tiên. Từ lớp đất mỏng ấy, cỏ và cây bụi mới có chỗ mọc. Quá trình rất chậm, tính bằng chục năm cho tới hàng trăm năm, và không phải nơi nào chúng cũng là kẻ tới đầu tiên.
Địa y không phải là một sinh vật
Nhìn một mảng loang vàng cam trên tảng đá, ta dễ nghĩ đó là một loài cây nhỏ. Thực ra địa y là sự kết hợp của một loài nấm với một loài tảo lục hoặc vi khuẩn lam. Năm 1867, nhà thực vật Thuỵ Sĩ Simon Schwendener đề xuất ý tưởng này và bị nhiều người đương thời phản đối gay gắt; về sau nó được chứng minh là đúng. Nghiên cứu năm 2016 còn tìm thấy một loài nấm men thứ ba sống trong lớp vỏ của nhiều loài địa y, cho thấy cấu trúc của chúng phức tạp hơn từng nghĩ.
Phân công rất rõ: phần tảo hoặc vi khuẩn lam quang hợp, làm ra đường; phần nấm tạo thân, bám đá, giữ nước, hút khoáng, che chở bạn đồng hành khỏi nắng gắt và khô hạn. Địa y có vi khuẩn lam còn cố định được đạm từ không khí. Nhờ vậy địa y sống được ở nơi cả nấm lẫn tảo đơn độc đều không sống nổi: mặt đá trơ dưới nắng, vách núi lộng gió, đỉnh núi tuyết phủ nửa năm.
Ba dạng địa y theo thứ tự trên đá
- Địa y vảy (dạng khảm): dính sát vào đá như lớp sơn, không bóc ra được. Đây là nhóm tới đầu tiên trên đá trần. Mảng địa y màu vàng lục hay gặp trên đá núi cao lớn chưa tới một milimet mỗi năm.
- Địa y lá: có các thuỳ dẹt như lá, chỉ dính vào đá ở vài điểm. Chúng thường tới sau khi đã có ít bụi và mùn trong khe.
- Địa y cành: mọc thành bụi nhỏ, sợi rủ. Chúng cần độ ẩm cao hơn, hay gặp trên cành cây trong vùng núi sương mù hơn là trên đá trơ.
Vì địa y vảy lớn chậm và đều, các nhà địa chất dùng đường kính của mảng địa y lớn nhất trên một bãi đá để ước tính bãi đá đó lộ ra từ bao giờ, chẳng hạn bãi đá sông băng để lại. Phương pháp này gọi là định tuổi bằng địa y, chỉ chính xác trong khoảng vài trăm tới vài nghìn năm và phải hiệu chỉnh cho từng vùng.
Địa y làm mủn đá thế nào
Địa y "gặm" đá bằng hai cách cùng lúc.
- Cơ học: sợi nấm len vào khe, vết nứt nhỏ trên mặt đá. Mỗi khi mưa, thân địa y hút nước phồng lên; khi nắng, nó co lại. Phồng – co hàng nghìn lần, các mảnh đá nhỏ bị tách ra.
- Hoá học: nấm tiết ra axit oxalic và nhiều chất gọi chung là axit địa y. Chúng kết hợp với canxi, sắt, magie trong đá, kéo các khoáng chất ra khỏi tinh thể đá. Dưới kính hiển vi, mặt đá dưới mảng địa y bị rỗ, có lớp tinh thể oxalat mới hình thành.
Kết quả là một lớp hạt khoáng mịn trộn với xác địa y, bụi gió mang tới, phân côn trùng nhỏ. Đó là những gam "đất" đầu tiên. Hạt bụi bay theo gió đọng lại trên thân địa y nhiều khi còn đóng góp nhiều hơn phần đá bị mủn.
Rêu: chiếc bọt biển giữ nước
Rêu không có rễ thật, chỉ có những sợi nhỏ gọi là rễ giả để bám. Chúng hút nước qua toàn bộ bề mặt lá. Một đệm rêu dày có thể giữ lượng nước gấp nhiều lần trọng lượng khô của nó. Khi phủ lên đá, đệm rêu làm ba việc: giữ ẩm cho mặt đá lâu hơn sau mưa, bẫy bụi và hạt đất trôi xuống, và khi các thân già chết đi ở bên dưới, chúng phân huỷ thành lớp mùn đen.
Nhiều loài rêu cũng chịu khô hạn tốt như địa y: chúng có thể khô gần hết nước, ngừng mọi hoạt động sống, và tỉnh lại chỉ sau vài phút gặp mưa. Đây là lý do rêu sống được trên mái ngói, bờ tường, khe gạch, những nơi lúc thì ngập nước, lúc khô cong.
Ví dụ ấn tượng nhất về rêu tiên phong là các bãi dung nham ở Iceland. Dòng dung nham từ đợt phun Laki năm 1783 ở miền nam Iceland ngày nay được phủ kín một thảm rêu xám xanh dày hàng chục centimet, trải tới tận chân trời. Gần hai trăm năm rưỡi, thảm rêu vẫn là "cây" chủ yếu ở đó, cây bụi chỉ mới lác đác. Ở vùng lạnh, gió mạnh và mưa nhiều, rêu có thể giữ vai trò thống trị rất lâu.
Địa y và rêu khác nhau ở vai trò
| Địa y | Rêu | |
|---|---|---|
| Bản chất | Nấm kết hợp với tảo lục hoặc vi khuẩn lam | Thực vật bậc thấp, không có mạch dẫn |
| Chỗ sống đầu tiên | Đá trơ, khô, nắng gắt | Khe đá ẩm, chỗ đã có ít bụi và mùn |
| Đóng góp chính | Làm mủn đá, cố định đạm (loài có vi khuẩn lam) | Giữ nước, bẫy đất, tạo mùn |
| Tốc độ lớn | Rất chậm, thường dưới vài milimet mỗi năm | Nhanh hơn, có thể vài centimet mỗi năm ở nơi ẩm |
| Bị thay thế bởi | Rêu, cỏ khi đã có lớp đất mỏng | Cỏ, dương xỉ, cây bụi bén rễ trong đệm rêu |
Chuỗi diễn thế trên đá trần, và những ngoại lệ
Sách giáo khoa thường vẽ chuỗi diễn thế trên đá trần như sau: địa y vảy, rồi địa y lá, rồi rêu, rồi cỏ và dương xỉ, rồi cây bụi, cuối cùng là cây gỗ. Chuỗi này đúng ở nhiều nơi, nhất là vùng ôn đới, vùng núi cao, nơi đá lộ sau khi sông băng rút.
Nhưng trên đảo Surtsey, cây có hoa ven biển tới trước cả rêu và địa y. Trên đảo Krakatau, lớp vi khuẩn lam phủ tro rồi dương xỉ mọc ngay, không cần chờ địa y. Trên các dòng dung nham trẻ ở Hawaii, một loài cây gỗ bản địa có thể bén rễ trong khe nứt chỉ vài năm sau khi dung nham nguội, cùng lúc với dương xỉ và địa y. Ở vùng nhiệt đới ẩm, khe đá giữ nước và bụi đủ cho cây có mạch, nên giai đoạn "chỉ có địa y" rất ngắn hoặc không có.
Lý do nằm ở hai yếu tố: khe nứt và nước. Đá có nhiều khe giữ được nước và hạt bụi, cây có mạch vào ngay được. Đá nhẵn, khô, lạnh, gió mạnh thì chỉ địa y trụ nổi, và mọi thứ phải chờ.
Lớp vỏ sống trên mặt đất khô
Ở các vùng khô hạn, giữa những bụi cây thưa thường có một lớp vỏ mỏng sẫm màu phủ trên đất, gồm vi khuẩn lam, địa y, rêu và nấm đan vào nhau. Người ta gọi là lớp vỏ sinh học của đất. Lớp vỏ này giữ đất khỏi bị gió thổi bay, giữ ẩm, cố định đạm cho cả vùng. Nó là "địa y và rêu tiên phong" ở dạng thường trực, không nhường chỗ cho ai vì nước quá ít để cây lớn mọc dày.
Lớp vỏ sinh học rất dễ vỡ. Một dấu chân, một vệt bánh xe có thể phá nó, và phải vài năm tới vài chục năm mới hồi phục hoàn toàn. Ở các vườn quốc gia vùng sa mạc Mỹ, biển báo nhắc du khách chỉ đi trên đường mòn chính vì lý do này.
Góc nhìn hôm nay: ngắm sinh vật tiên phong quanh nhà
- Nhìn bức tường gạch cũ, mái ngói, tảng đá ở công viên: phân biệt mảng địa y dính chặt như sơn, địa y lá có thuỳ, và đệm rêu xanh mềm. Một chiếc kính lúp nhỏ là đủ.
- Chụp ảnh một mảng địa y có vật làm thước, quay lại sau một năm để thấy nó lớn chậm thế nào.
- Đừng cạo địa y, rêu khỏi đá ở khu di tích hay núi đá để "xem thử": mảng địa y vài centimet có thể đã mất hàng chục năm để lớn.
- Ở vùng cao nguyên đá, núi cao, những mặt đá loang lổ màu vàng, cam, xám chính là các tầng địa y tiên phong đang làm việc chậm rãi của chúng.
Địa y còn được dùng làm thước đo ô nhiễm không khí, vì nhiều loài rất nhạy với khí lưu huỳnh. Đó là chủ đề riêng của bài về loài chỉ thị trong danh mục ổ sinh thái và quần thể.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao địa y được gọi là sinh vật tiên phong?
Vì địa y sống được trên đá trần chưa có đất, nơi ít sinh vật nào khác trụ nổi. Chúng làm mủn đá bằng axit và sợi nấm, bẫy bụi, để lại xác hữu cơ, tạo lớp đất mỏng đầu tiên cho rêu và cỏ mọc sau.
Địa y là gì, có phải là cây không?
Địa y không phải cây mà là sự kết hợp của một loài nấm với một loài tảo lục hoặc vi khuẩn lam. Phần tảo hoặc vi khuẩn lam quang hợp tạo chất dinh dưỡng, phần nấm tạo thân, bám đá và giữ nước.
Rêu góp phần hình thành đất như thế nào?
Đệm rêu giữ nước, bẫy bụi và hạt đất trôi xuống, còn các thân rêu già chết đi bên dưới phân huỷ thành mùn. Lớp mùn trộn khoáng này đủ cho hạt cỏ, dương xỉ và cây bụi nảy mầm.
Có phải lúc nào địa y cũng đến trước tiên không?
Không. Trên đảo Surtsey cây ven biển đến trước, trên Krakatau vi khuẩn lam và dương xỉ đến trước. Địa y chỉ giữ vai trò tiên phong rõ rệt ở đá nhẵn, khô, lạnh, gió mạnh, nơi cây có mạch không bám được.
Địa y lớn nhanh không?
Rất chậm. Nhiều loài địa y vảy trên đá chỉ lớn chưa tới một milimet mỗi năm, nên người ta dùng kích thước của chúng để ước tính tuổi bề mặt đá trong khoảng vài trăm tới vài nghìn năm.
