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

Cây dường như không thể nhìn thấy hay nghe được, nhưng chúng có thể nhận ra anh em, họ hàng của mình, bằng các chất hóa học đặc thù từ rễ. Phát hiện này khiến các nhà khoa học ngạc nhiên, vì khả năng này từ trước đến nay tưởng rằng chỉ có trong các sinh vật cấp cao như động vật và con người.

Đôi khi, người ta trồng nhiều cây khác nhau trong vườn nhưng chúng sinh trưởng không được tốt. Họ liền cho rằng do hạt giống, mầm bệnh, điều kiện môi trường, hoặc sai sót trong phương pháp trồng, nhưng nguyên nhân thường không đơn giản như vậy.

Thực vật ưu ái anh em của chúng

1 cuộc nghiên cứu 3000 cây cải mù tạt mustard, các nhà khoa học nhận thấy cây có thể nhận ra “anh em” của mình, là các cây khác sinh ra từ hạt của cùng 1 cây mẹ.

Khi nhận ra “người thân” qua chất hóa học đặc thù tìm thấy trong rễ, chúng liền giảm khả năng cạnh tranh. Rễ của chúng lan tỏa nông hơn, trên thân phát triển nhiều lá quấn vào nhau để nâng đỡ nhau đứng vững. Ngược lại, khi gặp người lạ, rễ của chúng liền mọc sâu vào đất, để hấp thụ được càng nhiều nước và khoáng chất càng tốt.

Cây “anh em” thường không tranh giành, mà nhường nhịn và chia sẻ lượng dưỡng chất sẵn có. Susan Dudley trường ĐH McMaster, Canada đã quan sát được hiện tượng tương tự ở loài cây dại sea rocket – cakile edentula mọc ven biển. “Tôi thật sự kinh ngạc trước phát hiện này.” Susan đã thốt lên: “Thực vật quả thật có cuộc sống xã hội riêng.”

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

Các cây trồng bằng hạt (seedling) từ 1 cây mẹ có thể thừa hưởng 1 số gen di truyền. Khi cây con phát triển, hệ thống rễ của chúng phát ra nhiều tín hiệu hóa học, mang theo các đặc điểm di truyền, giúp nhận dạng thành viên gia đình.

Để kiểm chứng điều này, các nhà khoa học đã trồng cây arabidopsis thaliana hoang dã trong một chất lỏng vô trùng có chứa chất chiết xuất từ cây có quan hệ anh em, và cây không quan hệ huyết thống. Do được trồng trong môi trường thí nghiệm, nên bất kỳ thay đổi nào về tăng trưởng là do sự khác biệt trong chiết xuất từ ​​rễ. Cây con tiếp xúc với chất tiết từ cây lạ liền phát triển hệ thống rễ dài và phức tạp hơn so với những cây được trồng chung với anh em của chúng.

Tuy nhiên, khi các nhà khoa học sử dụng hóa chất sodium orthovanadate, để chặn các chất tiết ra từ rễ thì chúng lại phát triển rễ bình thường. Điều này cho thấy hệ thống nhận dạng anh chị em thực sự phụ thuộc vào các hóa chất từ rễ.

>> Nông nghiệp sinh thái không hóa chất: Vườn là rừng, và rừng cũng là vườn (video)

Khả năng phân biệt và hành vi tương ứng

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Delaware muốn tìm hiểu làm cách nào mà thực vật xác định thân nhân của mình. “Thực vật không có bộ phận cảm quan, cũng không thể bỏ đi khỏi nơi được trồng,” Harsh Bais, trợ lý giáo sư khoa học thực vật và đất tại ĐH Delaware cho biết: “Do đó, chúng phát triển 1 cơ chế nhận dạng phức tạp hơn.”

Bais và tiến sĩ Meredith Biedrzycki đã tiến hành 1 thí nghiệm với loài arabidopsis thaliana. Trong đó, cây con được tiếp xúc với chất lỏng có chứa chất chiết xuất từ gốc, gọi là “tiết dịch”, từ anh em ruột, từ “người lạ”, hoặc chỉ có dịch tiết của chính chúng.

Thực vật tiếp xúc với cây lạ có rễ phát triển mạnh hơn so với các cây được tiếp xúc với anh em ruột. Hơn nữa, khi mọc cạnh anh em, lá của chúng sẽ đan xen và nâng đỡ nhau. Trong khi với cây lạ, thì thân cây phát triển thẳng đứng và lá của chúng cũng tránh động chạm. “Khi cây anh em được trồng gần nhau, chúng có thể cân bằng sự hấp thu chất dinh dưỡng từ đất và không tranh giành với nhau” Bais suy đoán.

Thực vật ưu tiên họ hàng của chúng

Khi côn trùng nhai lá cây ngải đắng (sagebrush), vết thương phát ra các hợp chất dễ bay hơi. Chúng lan vào không trung và báo động các lá khác tạo ra hóa chất để chuẩn bị phòng thủ. Lá của cây ngải đắng gần đó “nghe lỏm” được tình trạng này và làm theo. Tuy nhiên, phản ứng của thực vật đối với họ hàng của mình sẽ mạnh mẽ hơn so với tín hiệu từ “cây lạ”.

Theo phát hiện gần đây của Richard Karban thuộc Đại học California, Davis, và Kaori Shiojiri của Đại học Kyoto ở Nhật Bản, cây ngải đắng được đặt cạnh 2 cây khác bị thương, 1 cây là họ hàng, cây còn lại là “người lạ”. Họ phát hiện thiệt hại do côn trùng gây ra ở cây họ hàng thấp hơn 42% so với cây còn lại.

Karban và Shiojiri đều kết luận rằng tín hiệu dễ bay hơi mang dấu hiệu hóa học đặc thù của chủ thể. Tín hiệu này mang yếu tố nhận diện về di truyền, nên các thân nhân có thể phản ứng nhanh hơn với nó. Khả năng phân biệt giữa họ hàng và cây lạ của thực vật chính là điều kiện tiên quyết để ưu tiên thân nhân trong cạnh tranh, 1 biểu hiện cho thấy trình độ nhận thức cao của thực vật.

Tuy nhiên, sự cạnh tranh này là tùy hoàn cảnh

Ở nhiều nơi, thực vật thường mọc lên ngay bên cạnh các loài thực vật khác, nhưng không nhất định chúng sẽ tranh giành với nhau. Việc nhận diện họ hàng là cần thiết để cây cạnh tranh, bảo tồn chủng loài của mình, vì nguồn tài nguyên là có hạn. Tuy nhiên, với nhiều loài cây có thể phối hợp được với nhau, thì việc cạnh tranh sẽ là sự lãng phí nguồn lực bản thân. Nếu từng cá thể biết cách hợp tác, giảm mức độ cạnh tranh, thì về tổng thể, nhóm thực vật sẽ tồn tại lâu hơn.

“Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng đối với nông nghiệp,” Dudley bổ sung, “vì sự cạnh tranh giữa thực vật có thể làm giảm năng suất cây trồng. Về mặt lý thuyết, việc trồng nhiều cây anh em biết hợp tác với nhau sẽ cho ra năng suất thu hoạch cao hơn.”

“1 lý do khác để thực vật xác định họ hàng chính là tránh tình trạng lai giống cận huyết,” Dudley, nhà khoa học Canada, nói thêm. “Chúng có cơ chế tự tương thích, nơi chúng nhận phấn hoa. Điều này ngăn chặn chúng khỏi bị thụ phấn bởi phấn hoa của chính mình hoặc bởi một cây có cùng gen.”

Tiến sĩ Richard Karban, nhà sinh thái học tại ĐH California, Davis cho biết: “Có rất nhiều hành vi của thực vật là dễ quan sát.” Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học vẫn chưa công nhận thực vật có hành vi và khả năng tư duy phức tạp, như các loài động vật khác. “Có lẽ cho đến khi thật sự hiểu được nguyên lý hoạt động của chúng, chúng ta mới có thể thừa nhận điều này.”

Theo LiveScience, Wired, NYTimes, NatGeo,
Thanh Sơn tổng hợp