Các nhà khoa học đã ghi lại được khoảnh khắc cây cải xoong thale phản ứng với các tín hiệu nguy hiểm trong không khí do cây khác phát ra. (Ảnh: Aratani và cộng sự)
Chúng ta có thể rất khó nhận ra, nhưng thực tế cây cối được bao quanh bởi một màn sương mờ lơ lửng gồm các hợp chất bay hơi để giao tiếp và bảo vệ bản thân. Những hợp chất này, giống như mùi hương, sẽ xua đuổi động vật ăn lá và cảnh báo cho cây cối xung quanh về nguy hiểm sắp đến.
Các nhà khoa học đã biết về hệ thống phòng thủ này của cây cối từ những năm 1980, và kể từ đó, họ đã phát hiện ra nó ở hơn 80 loài cây. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã sử dụng các kỹ thuật ghi hình thời gian thực để tiết lộ cách cây cối tiếp nhận và phản ứng với những tín hiệu trong không khí này.
Một lỗ hổng lớn trong hiểu biết của chúng ta về cách cây cối “nói chuyện” đó là, chúng ta biết cách cây gửi tin nhắn, nhưng không biết cách chúng nhận tin nhắn.
Trong nghiên cứu này, Yuri Aratani và Takuya Uemura, các nhà sinh học phân tử tại Đại học Saitama ở Nhật Bản, cùng các đồng nghiệp đã thiết lập một máy bơm để truyền các hợp chất do cây cối bị thương và bị côn trùng tấn công sang những cây lành lặn xung quanh. Sau đó, họ sử dụng kính hiển vi huỳnh quang để quan sát những gì xảy ra.
Sau khi thả sâu bướm (Spodoptera litura) lên những cái lá cắt từ cây cà chua và cải xoong thale (Arabidopsis thaliana), một loại cỏ dại phổ biến thuộc họ cải, các nhà nghiên cứu đã ghi lại phản ứng của một cây cải xoong thale thứ hai, nguyên vẹn và không có sâu bệnh, đối với những tín hiệu từ đám lá đó.
Những cây cải nguyên vẹn này không phải là cỏ dại thông thường: chúng đã được biến đổi gen để các tế bào chứa một chất cảm biến sinh học phát sáng màu xanh tại lá cây khi phát hiện dòng ion canxi. Truyền tín hiệu canxi cũng là thứ mà tế bào người sử dụng để giao tiếp.
Năm ngoái, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật tương tự để đo tín hiệu canxi trong một nghiên cứu về cây trinh nữ, loài cây nhanh chóng cụp lá xuống để phản ứng với chạm.
Lần này, nhóm nghiên cứu đã quan sát cách cải xoong thale phản ứng với những hợp chất dễ bay hơi, thứ mà thực vật giải phóng trong vài giây sau khi bị thương.
Để làm điều đó, các nhà nghiên cứu đã bơm các hợp chất được cô đặc trong một chai nhựa lên cây thụ nhận với tốc độ không đổi.
Như bạn có thể thấy rõ ràng trong video ở trên, sau khi nhận được thông điệp từ những người hàng xóm bị thương, những cây lành lặn đã phản ứng bằng những xung tín hiệu canxi lan rộng trên lá.
Phân tích các hợp chất trong không khí, các nhà nghiên cứu phát hiện ra hai hợp chất gọi là Z-3-HAL và E-2-HAL gây ra tín hiệu canxi ở cải xoong thale.
Họ cũng xác định được tế bào nào là tế bào đầu tiên phản ứng với các tín hiệu nguy hiểm bằng cách tạo ra các cây cải xoong thale với các cảm biến huỳnh quang chỉ có trong tế bào bảo vệ, diệp nhục (thịt lá) hoặc tế bào biểu bì.
Tế bào bảo vệ là những tế bào hình hạt đậu trên bề mặt thực vật tạo thành khí khổng (stomata), những lỗ nhỏ mở ra khi cây “hô hấp” đón lấy CO2. Tế bào diệp nhục là mô bên trong của lá, và tế bào biểu bì là lớp ngoài cùng hoặc da của lá cây.
Khi cây cải xoong thale tiếp xúc với Z-3-HAL, các tế bào bảo vệ tạo ra tín hiệu canxi trong vòng một phút hoặc lâu hơn, sau đó các tế bào diệp nhục tiếp nhận thông tin.
Ngoài ra, nếu dùng hormone thực vật để xử lý trước các cây, thì chúng sẽ đóng khí khổng và phát ra ít tín hiệu canxi hơn đáng kể. Điều này cho thấy khí khổng đóng vai trò như “khứu giác” của cây.
Masatsugu Toyota, nhà sinh học phân tử tại Đại học Saitama ở Nhật Bản và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Cuối cùng chúng tôi đã làm rõ câu chuyện phức tạp về thời gian, vị trí và cách thức cây cối phản ứng với ‘tin hiệu cảnh báo’ trong không khí từ những người hàng xóm bị đe dọa của chúng”.
“Mạng lưới giao tiếp tinh tế này, ẩn khỏi tầm mắt của chúng ta, đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ kịp thời các cây lân cận khỏi những mối đe dọa sắp xảy ra”.
Nghiên cứu đã được công bố trên Nature Communications.
Theo Science Alert
NTD Việt Nam