Nghe có vẻ giống như chuyện hoang đường trong bộ phim “The Lord of the Rings”. Kẻ thù bắt đầu tấn công một cái cây, cái cây chống đỡ lại và gửi đi một thông điệp cảnh báo với những cái cây còn khoẻ mạnh khác. Những cây gần đó thiết lập ngay hệ thống phòng thủ tự thân và cả khu rừng được cứu.
Thực vật cũng có tai mắt
Người ta không cần phải là sinh vật Ent ma thuật trong thế giới của nhà văn J.R.R. Tolkien mới thấy được cảnh tượng này. Những cây thật trên Trái đất của chúng ta cũng có thể cảnh báo với nhau về mối nguy hiểm. Một nghiên cứu mới cho thấy những cây bị thương sẽ phát ra một số hợp chất hóa học nhất định xâm nhập vào các mô bên trong của cây khỏe mạnh và kích hoạt cơ chế phòng vệ từ tế bào của nó. Hiểu rõ hơn về cơ chế này các nhà khoa học sẽ giúp nông dân bảo vệ cây trồng chống lại côn trùng phá hoại hoặc hạn hán trước khi chúng xảy ra.
“Nghiên cứu mới đánh dấu lần đầu tiên khoa học hình dung được sự giao tiếp giữa cây cối với nhau – Masatsugu Toyota, tác giả của nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí Nature Communications, nói – Chúng ta có thể chiếm quyền điều khiển hệ thống này để thông báo cho cả vườn cây kích hoạt các phản ứng căng thẳng trước mối đe dọa trong tương lai hoặc các mối đe dọa môi trường như hạn hán”.
Ý tưởng về cây “biết nói” xuất hiện từ thập niên 1980 khi có hai nhà sinh thái học đặt hàng trăm con sâu bướm (caterpillar) và giun nhện (webworm) trên cành cây liễu (willow) và cây alder để quan sát phản ứng của chúng. Họ nhận thấy những cây sugar maple và poplar bị côn trùng tấn công bắt đầu sản sinh ra các chất hóa học khiến lá của chúng kém ngon và khó tiêu.
Tò mò hơn nữa, hai nhà khoa học phát hiện thêm, những cây khỏe mạnh cùng loài nằm cách xa 30-40 mét (không có rễ liên kết với những cây bị hư hại) cũng có biện pháp phòng vệ hóa học tương tự để xua đuổi côn trùng. Lập tức, họ đặt ra câu hỏi: Cây đã gửi tín hiệu hóa học cho nhau qua không khí?
Trong bốn thập niên qua, các nhà khoa học đã quan sát thấy sự giao tiếp giữa tế bào với tế bào ở hơn 30 loài thực vật như đậu lima, thuốc lá, cà chua, cây sage brush và các loài thực vật có hoa thuộc họ mù tạt (mustard). Nhưng cho đến nay, vẫn không ai biết “hoá chất giao tiếp” nào là quan trọng và chúng được bên nhận phản ứng thế nào.
Nhà sinh thái học thực vật André Kessler lưu ý: “Đã có những tranh cãi về vấn đề này trên thực địa. Đầu tiên, làm thế nào những hợp chất đó được thực vật hấp thụ và sau đó, làm thế nào chúng có thể thay đổi quá trình trao đổi chất bên trong để tự bảo vệ mình. Nghiên cứu mới đã giúp trả lời câu hỏi đó”.
Thực vật rõ ràng không có tai và mắt. Các nghiên cứu trước đây cho thấy chúng giao tiếp với môi trường xung quanh bằng cách thải ra các chất hóa học được gọi là “hợp chất hữu cơ dễ bay hơi” (volatile organic compound) có mùi. Nhưng giống như con người có thể nói được nhiều từ, thực vật có thể tạo ra một loạt các hợp chất này cho các mục đích khác nhau. Một số được sử dụng để thu hút các loài thụ phấn hoặc để phòng vệ trước những kẻ săn mồi.
Hợp chất dễ bay hơi, vũ khí giao tiếp lợi hại
Có một loại hợp chất chỉ thải ra khi cây bị thương. Đó là chất dễ bay hơi được lá của hầu hết mọi loại cây xanh tạo ra và phát tán khi cây bị thiệt hại vật lý. Một ví dụ về hợp chất này là mùi thoát ra từ cỏ mới cắt.
Trong nghiên cứu mới, Masatsugu Toyota và các đồng nghiệp đã vò nát lá cây rồi đặt sâu bướm phá hoại trên cây cải Arabidopsis và cây cà chua để kích hoạt sự phát tán hợp chất dễ bay hơi của lá xanh. Sau đó, họ thả chất này sang những cây khỏe mạnh và quan sát phản ứng của chúng.
Để làm điều này, nhóm nghiên cứu biến đổi gene của cây để các ion calci sẽ phát huỳnh quang khi được kích hoạt bên trong tế bào (tín hiệu calci rất quan trọng đối với các chức năng tế bào ở hầu hết các sinh vật sống trên Trái đất, kể cả con người).
“Khi tín hiệu điện được gửi đến các tế bào thần kinh vận động của chúng ta, các kênh ion sẽ mở ra để canxi tràn vào. Sự gia tăng canxi có thể kích hoạt giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, dẫn đến sự co cơ trong tế bào cơ – Toyota giải thích – Tín hiệu calci đóng vai trò tương tự ở thực vật. Tùy thuộc vào loại cây, nó có thể kích hoạt cuộc chiến chống côn trùng”.
Sau khi thử nghiệm nhiều chất dễ bay hơi trong lá xanh, nhóm nghiên cứu chỉ tìm thấy hai chất có thể làm tăng ion calci bên trong tế bào. Họ nhận thấy tín hiệu calci tăng lên trong các tế bào bảo vệ ở các lỗ trên lá hay khí khổng của cây (stomata), một phát hiện quan trọng vì nó cho thấy các hợp chất bay hơi được các mô bên trong cây hấp thụ.
Nhà sinh thái học thực vật André Kessler, giáo sư tại Đại học Cornell, nhận định: “Hợp chất dễ bay hơi không thể dễ dàng thấm qua bề mặt của cây. Chúng phải đi qua khí khổng”.
Toyota giải thích: “Tín hiệu calci giống như công tắc bật phản ứng phòng vệ của cây. Sau khi tín hiệu tăng lên, cây sẽ tăng sản xuất một số gene tự vệ và cây bắt đầu sản xuất một số loại protein để côn trùng bị… tiêu chảy. Cây càng có nhiều gene tự vệ càng có khả năng chống côn trùng”.
Phát hiện mới cho thấy thực vật có thể được miễn dịch chống lại các mối đe dọa và tác nhân gây hại trước khi chúng xảy ra, giống như tiêm vaccine ở người. “Đưa các chất bay hơi từ lá xanh của cây bị côn trùng tấn công sang cây khoẻ mạnh sẽ giúp tăng cường khả năng phòng vệ di truyền của nó, giảm lượng thuốc trừ sâu sử dụng – Kessler lập luận – Nếu cây trồng sớm tiếp xúc với hạn hán, nó sẽ đối phó hạn hán tốt hơn so với cây không gặp hạn hán nhờ quá trình trao đổi chất đã thay đổi hoàn toàn, giúp nó giữ được nhiều nước hơn” – dẫn lại từ The Washington Post.
