Cây cối ‘gửi tin nhắn’ để báo động cho đồng loại khi gặp nguy hiểm

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một khả năng phi thường của thực vật: Chúng có thể “gửi tin nhắn” để báo động cho đồng loại khi gặp nguy hiểm. Khả năng “giao tiếp” này giúp cây cối bảo vệ bản thân khỏi sâu bệnh, động vật ăn thịt và các mối đe dọa khác.

Các nhà khoa học Nhật Bản đang miệt mài nghiên cứu nhằm giải mã bí ẩn về “thiền cơ”. Giống như tiếng cây đổ trong rừng vắng lặng, không ai nghe thấy, nhưng nó vẫn tạo ra âm thanh, hay nói đúng hơn là một loại mùi hương đặc biệt.

Vén màn bí ẩn về thế giới giao tiếp tinh vi của thực vật, các nhà khoa học Đại học Saitama (Nhật Bản) đã trực tiếp quan sát tín hiệu “cầu cứu” được phát ra từ những cây đang phải gánh chịu căng thẳng và tổn thương. Trong vài giây ngắn ngủi sau khi bị tấn công, chúng tỏa ra một luồng sương mù mờ ảo mang theo hợp chất đặc biệt, báo hiệu cho các cây lân cận gia tăng khả năng tự bảo vệ.

Từ thập niên 1980, các nhà khoa học đã khám phá ra hiện tượng giao tiếp kỳ diệu giữa các loài thực vật, được gọi là “thực vật nghe lén”. Khi bị tấn công bởi con người hoặc động vật ăn cỏ (như côn trùng), thực vật sẽ giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) để báo hiệu cho những “người bạn” xung quanh. Nhờ tiếp nhận tín hiệu VOC này, cây liễu Sitka và cây dương đã thể hiện khả năng tự vệ mạnh mẽ hơn trước kẻ thù.

Hình A: Tiền xử lý bằng acid abscisic (ABA) trên lá đột biến và lá không đột biến. Hình B: Định lượng dấu hiệu ion calci trên các mẫu lá đột biến và mẫu lá không đột biến. Hình C: So sánh sự thay đổi ion calci tối đa được phát hiện trên các mẫu lá đột biến và mẫu lá không đột biến. (Ảnh: Masatsugu T., Aratani Y., Uemura T., Hagihara T. và cộng sự)

Tương tự, hơn 30 loài thực vật khác, bao gồm đậu lima, thuốc lá, cà chua, cây xô thơm và Arabidopsis thaliana, cũng cho thấy khả năng thích nghi ấn tượng này.

Lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà khoa học đã trực tiếp quan sát và ghi hình thành công tín hiệu giao tiếp tinh vi giữa các loài thực vật. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Masatsugu Toyota tại Đại học Saitama dẫn đầu đã thực hiện thí nghiệm cho cây Arabidopsis (một loại cây họ Cải) tiếp xúc với hai hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) là (Z)-3-hexenal và (E)-2-Hexenal, thuộc nhóm aldehyde carbon VI. Những aldehyde này, hay còn gọi là chất dễ bay hơi của lá xanh (GLV), thường mang mùi cỏ hăng đặc trưng.

Khác với môi trường tự nhiên, thí nghiệm này được thực hiện trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học cho sâu bướm ăn lá cà chua đã được cắt nhỏ. Sau đó, họ thu thập khí từ môi trường thí nghiệm và bơm vào cây nhận, giúp cây này tiếp xúc với các hợp chất dễ bay hơi.

Theo lời giải thích của ông Toyoda, nhà sinh học phân tử và tác giả chính của nghiên cứu, được đăng tải trên một tạp chí khoa học uy tín: “Chúng tôi đã chế tạo thiết bị chuyên dụng để thu thập các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi do cây bị sâu bướm tấn công tiết ra, sau đó bơm chúng vào những cây lân cận không bị ảnh hưởng. Đồng thời, hệ thống chụp ảnh huỳnh quang thời gian thực với góc nhìn rộng được tích hợp để ghi lại quá trình này.”

“Ngoài ra, thí nghiệm cũng cho thấy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi giải phóng từ lá cây bị nghiền nát một cách nhân tạo cũng có thể kích hoạt tín hiệu (ion canxi) ở những cây lân cận không bị tổn thương.”

Trong thí nghiệm, các nhà khoa học sử dụng cây Arabidopsis thaliana đã được biến đổi gen để một số tế bào nhất định mang theo cảm biến protein huỳnh quang. Khi cơ chế phòng vệ của cây được kích hoạt bởi các hợp chất dễ bay hơi, cảm biến protein huỳnh quang này cho phép quan sát được những gợn sóng huỳnh quang màu xanh lá cây trên lá cây.

Cảm biến huỳnh quang có khả năng đo lường các phản ứng căng thẳng được nhận biết. Tín hiệu ion canxi, vốn đóng vai trò quan trọng trong cảm giác căng thẳng ở cả tế bào thực vật và tế bào người, giờ đây có thể được trực tiếp quan sát khi truyền tải thông điệp cảnh báo giữa các cây.

Các nhà khoa học đã thiết kế các cảm biến protein đặc biệt nằm trong các tế bào bảo vệ, tế bào trung mô và tế bào biểu bì của cây. Nhờ vậy, họ có thể xác định được loại tế bào nào phản ứng đầu tiên trước các tín hiệu căng thẳng.

Trên bề mặt lá cây, những tế bào hình hạt đậu được gọi là tế bào bảo vệ kết hợp lại tạo thành khí khổng. Khí khổng đóng vai trò như những lỗ nhỏ li ti, giúp cây trao đổi khí với môi trường bên ngoài, thực hiện quá trình “hô hấp”. Các mô bên trong của lá cây được hình thành bởi các tế bào trung mô. Giống như lớp da bảo vệ cơ thể, mô biểu bì nằm ở lớp ngoài cùng của lá, cấu tạo bởi các tế bào biểu bì.

Hình A: Tiền xử lý bằng acid abscisic (ABA) trên lá đột biến và lá không đột biến. Hình B: Định lượng dấu hiệu ion calci trên các mẫu lá đột biến và mẫu lá không đột biến. Hình C: So sánh sự thay đổi ion calci tối đa được phát hiện trên các mẫu lá đột biến và mẫu lá không đột biến. (Ảnh: Masatsugu T., Aratani Y., Uemura T., Hagihara T. và cộng sự)

Hai nhà khoa học Yury Aratani và Takuya Uemura đã sử dụng kính hiển vi huỳnh quang để quan sát và phát hiện ra rằng, chỉ trong vòng một phút sau khi tiếp nhận tín hiệu cảnh báo nguy hiểm, các tế bào bảo vệ đã phản ứng bằng cách phát ra tín hiệu “cảnh báo” của riêng mình. Tiếp theo đó, các tế bào trung mô cũng có sự thay đổi trong hoạt động.

Để đi sâu hơn vào nghiên cứu, các nhà khoa học đã tách riêng các khí khổng của cây và tiến hành xử lý trước bằng acid abscisic (một loại hormone thực vật). Việc xử lý này giúp đóng hiệu quả các khí khổng, làm giảm đáng kể sự truyền tải tín hiệu calci.

“Mặc dù thực vật không có ‘mũi’, nhưng khí khổng đóng vai trò như những cửa ngõ, cho phép các hợp chất dễ bay hơi GLV nhanh chóng xâm nhập vào các khoảng trống trong mô lá,” ông Toyota giải thích.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu sử dụng acid abscisic để xử lý trước các cây đột biến có khả năng đóng khí khổng hạn chế. Kết quả bất ngờ là những cây này vẫn phát ra ánh sáng huỳnh quang màu xanh lá cây bình thường. Lý do là do “lỗ mũi” của cây đột biến vẫn giữ nguyên trạng thái mở, cho phép phát ra tín hiệu cảnh báo mặc dù đã được xử lý bằng hormone thực vật.

“Nghiên cứu của chúng tôi đã hé mở bức tranh phức tạp về cách thức, thời điểm và vị trí mà thực vật phản ứng với những ‘cảnh báo’ trong không khí từ những cây lân cận đang gặp nguy hiểm,” ông Toyota chia sẻ.

“Mạng lưới giao tiếp vô hình này, con người không thể ‘nhìn’ thấy được, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ kịp thời các cây thực vật lân cận khỏi những mối đe dọa tiềm ẩn.”

Theo Epochtimes