“Thực vật đơn giản chỉ là loài động vật rất chậm”

Theo Jack C. Schultz, “Thực vật [đơn giản] chỉ là loài động vật rất chậm”.

Đây không phải là một sự hiểu lầm cơ bản về sinh học. Schultz là giáo sư ngành khoa học thực vật tại ĐH Missouri tại Columbia, ông đã nghiên cứu về sự tương tác giữa thực vật và côn trùng qua bốn thập niên. Cây tranh giành lãnh thổ, tìm kiếm thức ăn, tránh né kẻ thù và giăng bẫy con mồi. Chúng sinh sống như bất kỳ 1 loài động vật nào khác, và nhất là chúng có biểu hiện về hành vi.

Olivier Hamant, nhà thực vật học tại Đại học Lyon, Pháp, cho biết: “Bạn chỉ cần xem một bộ phim tua nhanh cuộc đời của một loài cây từ khi nảy mầm đến phát triển, bạn sẽ thấy nó sinh trưởng như một con vật.” Bộ phim của David Attenborough đã ghi nhận quá trình này.

Các cây này đang di chuyển có mục đích, nghĩa là chúng nhận thức được những gì đang xảy ra trong môi trường xung quanh. Schultz giải thích: “Thực vật được trang bị các cơ quan cảm biến tinh vi để thích nghi theo các điều kiện sống khác nhau”.

Thực vật cảm nhận bằng cách nào?

Daniel Chamovitz của Đại học Tel Aviv ở Israel, tác giả của cuốn sách “Nhận thức của thực vật” (What Plant Knows – 2012) đang tìm câu trả lời. Nghiên cứu của ông đào sâu vào khả năng cảm quan của thực vật, rằng chúng có thể nghe, thấy, cảm thụ thế giới quan bằng lăng kính riêng của mình, rồi đưa ra phản hồi tương ứng. Ví dụ, qua nhiều thí nghiệm, ông thấy cây trồng có biểu hiện tích cực với nhạc cổ điển.

Các nghiên cứu về đề tài này đã bắt đầu từ những năm 1970, để hiểu cách chúng cảm nhận môi trường xung quanh.

>> Vì sao thực vật có thể phân biệt được họ hàng của chúng?

Heidi Appel và Rex Cocroft, đồng nghiệp của Schultz tại Missouri, cũng đang tìm hiểu về thính giác thực vật. “Nghiên cứu của chúng tôi sẽ giải đáp lý do tại sao thực vật bị ảnh hưởng bởi âm thanh.” Appel nói. “Thưởng thức 1 bản giao hưởng là 1 chuyện, nhưng nghe tiếng động phát ra từ sâu bướm lại là 1 chuyện khác.” Qua thí nghiệm, Appel và Cocroft phát hiện băng ghi âm tiếng sâu bướm đang nhai khiến thực vật tiết ra các chất hóa học phòng vệ để ngăn chặn kẻ tấn công.

Consuelo De Moraes thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Zurich đã chỉ ra thực vật biết được côn trùng đang đến gần nhờ mùi của chúng hoặc ngửi thấy các tín hiệu cảnh báo bằng mùi hương từ cây lân cận. Về khái niệm, không có nhiều khác biệt giữa khả năng cảm thụ của thực vật và con người. Có vẻ chúng cũng ngửi được hoặc nghe thấy gì đó từ môi trường xung quanh rồi phản ứng lại. “Tuy nhiên, 1 điểm khác biệt quan trọng,” De Moraes nói: “là chúng ta hoàn toàn không biết cơ chế nhận biết mùi của thực vật hoạt động như thế nào”.

Chúng ta có mũi và tai, còn cây có giác quan gì?

Vì thực vật không có các bộ phận cảm quan, nên người ta khó hình dung cách chúng tiếp nhận thông tin. Dù thiếu bộ não và hệ thống thần kinh, nhưng chúng lại nổi trội ở lĩnh vực khác. Một điều chắc chắn là cây có các tế bào cảm thụ ánh sáng. “Không có đôi mắt, nhưng loài arabidopsis có ít nhất 11 loại tế bào cảm thụ ánh sáng (photoreceptor), so với bốn loại như ở con người.”

>> 5 thí nghiệm cho thấy cây cối cũng có tri giác và cảm xúc

Các tế bào này có đầy trên thân và lá của chúng, giúp cây phân biệt màu đỏ và xanh dương, thậm chí nhận ra các bước sóng quang phổ (spectrum) mà con người không thể. Thực vật còn có thể nhận biết cường độ và hướng của ánh sáng, khiến chúng uốn cong cơ thể của mình theo hướng sáng để quang hợp. Đây là quá trình cây xanh dùng ánh sáng để chuyển hóa CO2 và nước thành đường. Các tế bào thụ cảm ánh sáng phototropins ở bề mặt cơ thể cây sẽ giúp chúng định hướng để nhận được nguồn sáng trực diện.

Điều này nghĩa là tầm nhìn của thực vật phức tạp hơn chúng ta. Chúng ưu tiên ánh sáng hơn hết thảy các yếu tố khác, và hệ thống giác quan của chúng phản ánh điều này.

Chamovitz chỉ ra: “Ánh sáng đối với thực vật không chỉ là tín hiệu, ánh sáng là thực phẩm.”

Về phần mình, Appel và Cocroft đang tìm hiểu cách thực vật phản ứng với âm thanh. Dự đoán ban đầu là các protein cảm thụ cơ học mechanoreceptor trong tế bào thực vật. Chúng có thể nhận biết bất kỳ sự thay đổi nào dưới dạng sóng hoặc âm thanh từ môi trường xung quanh. Một giả thuyết khác là chúng có thể cảm thụ không gian (proprioception) hay “giác quan thứ sáu” của thực vật. Khả năng này cho phép chúng nhận thức được từng bộ phận khác nhau trên cơ thể của mình đang ở đâu trong không gian.

Năm 2014, một nhóm nghiên cứu tại ĐH Lausanne, Thụy Sĩ đã thấy rằng khi cây arabidopsis bị sâu bướm tấn công, nó liền kích hoạt một làn sóng điện. Phản ứng phòng vệ của thực vật không phải là 1 phát hiện mới. Đầu năm 1874, nhà sinh lý học John Burdon-Sanderson đã ghi nhận đây là một cơ chế hoạt động bình thường, như cây ăn thịt flytrap – venus. Tuy vậy, điều đáng ngạc nhiên ở đây là vai trò của các phân tử cảm thụ glutamate. Glutamate là chất truyền dẫn neuron quan trọng nhất trong hệ thần kinh trung ương chúng ta, và nó đóng vai trò tương tự trong thực vật, trừ một điểm quan trọng: thực vật dường như không có hệ thần kinh.

Vậy thực vật có thông minh không?

“Tôi nghĩ cây cối rất phức tạp.” Daniel Chamovitz, trưởng ban Khoa Học Đời Sống tại ĐH Tel Aviv cho biết: “Nhưng sự phức tạp không nên nhầm lẫn với trí thông minh.” Ví dụ, cây bắt ruồi venus có các sợi lông lớn trong miệng. Khi 1 con bọ tiến vào và chạm vào 1 trong 2 sợi, trong vòng 20 giây, nếu nó chạm vào sợi thứ 2, miệng cây sẽ khép lại. Điều này cho thấy cây bắt ruồi có trí nhớ ngắn hạn. Vượt quá 20 giây, cơ chế này lại tái khởi động.

Ngoài ra, theo Chamovitz, thực vật không có bộ phận tiếp nhận cơn đau. Chúng có các thụ thể tiếp nhận áp lực mechanoreceptor – 1 dạng tế bào thần kinh, cho chúng biết mình đang bị chạm hoặc di chuyển như thế nào.

Thực vật có thể ghi nhớ và học hỏi

Lá cây mắc cỡ (cây xấu hổ, mimosa pudica) thường gấp lại khi bị chạm. Monica Gagliano thuộc ĐH Tây Úc đã thiết kế 1 đường ray để thả chúng rơi xuống, như trò tàu lượn siêu tốc. Trong vài lần đầu, chúng vẫn khép lá bình thường. Nhưng khi lặp lại thí nghiệm này suốt 1 ngày, thì phản ứng của cây bắt đầu thay đổi, chúng dần trơ ra dưới tác động này. Điều này không phải là chúng đã kiệt sức: khi Gagliano rung lắc chậu, cây vẫn lặp lại phản ứng khép lá, như thể cây mắc cỡ biết việc bị rơi tự do chẳng có vấn đề gì.

Ba ngày sau, Gagliano trở lại và lặp lại thí nghiệm. Cô thả cây mắc cỡ xuống, cũng không có phản ứng gì. Kết quả này là 1 điều bất ngờ. Đối với loài côn trùng như ong, khả năng ghi nhớ đến 24 giờ được coi là dài hạn. Trong thí nghiệm này, Gagliano hoàn toàn không nghĩ rằng thực vật có thể lưu giữ thông tin lâu đến 1 ngày. “6 ngày sau, tôi đã trở lại và lặp lại thí nghiệm, cho rằng bây giờ chúng đã quên,” cô nói. “Tuy vậy, chúng vẫn nhớ, chính xác như vừa mới trải qua vậy.”

Cô chờ một tháng và thả chúng xuống 1 lần nữa. Lá của cây mắc cỡ vẫn mở. Điều này gợi ý rằng thực vật có thể ghi nhớ dài hạn và học hỏi từ môi trường xung quanh.

Thanh Sơn tổng hợp