Các nhà khoa học ở Nhật Bản đang có ý định giải đáp các thắc mắc về cách giao tiếp giữa các loài cây. Một cái cây bị đổ trong rừng thực thực sự đã phát ra âm thanh - hay đúng hơn là tỏa ra mùi hương của nó, nhưng không ai biết được điều đó.
Bằng cách tìm hiểu sâu hơn về những cách giao tiếp tiềm ẩn của các loài thực vật, các nhà nghiên cứu tại Đại học Saitama đã quan sát một cách trực quan việc truyền và nhận tín hiệu “cảnh báo” từ những thực vật bị căng thẳng và bị thương đến hàng xóm của chúng. Trong vòng vài giây sau khi bị thương, chúng phát ra một làn sương mù mịn chứa các hợp chất hữu cơ, báo hiệu cho các cây khác tăng cường khả năng phòng thủ.
Từ đầu những năm 1980, các nhà khoa học đã biết đến sự tương tác giữa các loài thực vật, gọi là “ giao tiếp thực vật”. Khi thực vật bị tác động bằng tay hoặc bị côn trùng ăn lá, chúng sẽ thải ra các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) mà các thực vật khác gần đó sẽ cảm nhận được. Khi cây liễu và cây dương Sitka tiếp xúc với VOC, chúng sẽ tiết ra hợp chất chống động vật ăn cỏ. Ngoài ra còn có 30 loài thực vật khác như đậu lima, thuốc lá, cà chua, cây xô thơm và cây Arabidopsis cũng có các đặc tính này.
- Bố trí thí nghiệm; B. Những thay đổi về ion canxi được biểu hiện trực quan ở cây Arabidopsis; C. Ion dấu hiệu canxi định lượng. ( Được phép của Masatsugu T., Aratani, Y., Uemura, T., Hagihara, T. và cộng sự)
Nhưng tín hiệu này mãi đến gần đây mới được nhìn thấy trong thời gian thực và chỉ có một vài video ghi lại. Giáo sư Masatsugu Toyota của Đại học Saitama và nhóm của ông đã cho Arabidopsis, một loại cây mù tạt tiếp xúc với hai loại VOC gồm (Z)-3-hexenal và (E)-2-hexenal—cả hai đều là hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Chúng còn được gọi là chất bay hơi lá xanh (GLV) và phát ra mùi cỏ hăng.
Đó không phải là một sự sắp đặt tự nhiên. Khi sâu bướm bị bắt vào trong chai và được cho ăn lá cắt từ cây cà chua và một lượng khí đã được kiểm tra. Họ sẽ bơm khí thu được này đến cây nhận, họ phát hiện cây nhận chứa đầy các hợp chất hữu cơ này.
Ông Toyota, một nhà sinh học phân tử và là tác giả cấp cao của nghiên cứu cho biết trong một tạp chí rằng: “Chúng tôi đã chế tạo thiết bị để bơm VOCs thải ra từ những cây được sâu bướm ăn vào những cây lân cận không bị hư hại và kết hợp với hệ thống chụp ảnh huỳnh quang với thời gian thực trên phạm vi rộng”.
“Ngoài các cuộc tấn công của côn trùng, VOCs còn được giải phóng ra từ những chiếc lá bị dập còn phát ra tín hiệu calcium ion ( Ca2+) cho những cây lân cận”
Cây Arabidopsis đã được biến đổi gen để một số tế bào của chúng chứa cảm biến protein huỳnh quang. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu quan sát thấy các chùm sáng màu xanh huỳnh quang gợn sóng trên bề mặt lá cây khi cơ chế phòng thủ của nó được kích hoạt khi tiếp xúc với hợp chất VOCs.
Một video cho thấy cách thực vật phản ứng với các tín hiệu nguy hiểm. (Được phép của Masatsugu T., Aratani, Y., Uemura, T., Hagihara, T. và cộng sự)
Các cảm biến huỳnh quang sẽ xuất hiện khi cây có phản ứng căng thẳng, điều này đã được chứng minh từ các thí nghiệm khác. Đặc biệt, các tín hiệu Ca2+ có liên quan đến nhận thức căng thẳng không chỉ ở tế bào thực vật mà còn ở con người. Hiện tại, những tín hiệu này –dấu hiệu cảnh báo cho các cây đồng loại sẽ được chứng kiến trong thời gian thực.
Được thiết kế độc quyền trong các tế bào bảo vệ, tế bào trung mô và tế bào biểu bì của thực vật, các cảm biến protein sẽ đưa ra manh mối về việc tế bào nào phản ứng trước.
Trên bề mặt của cây, các tế bào bảo vệ là những tế bào có hình hạt đậu tạo thành lỗ khí - các lỗ nhỏ thông với không khí bên ngoài, cho phép cây “thở”. Các tế bào trung diệp bao gồm các mô bên trong của cây, trong khi các tế bào biểu bì giống như các tế bào da của nó, tạo thành phần bên ngoài.
Bằng cách sử dụng kính hiển vi huỳnh quang, các nhà nghiên cứu ông Yuri Aratani và ông Takuya Uemura đã quan sát thấy các tín hiệu “cảnh báo” đến từ các tế bào bảo vệ trong vòng khoảng một phút sau khi tiếp xúc với các tín hiệu nguy hiểm. Các tế bào trung mô sẽ phản ứng sau đó.
Tiền xử lý bằng axit abscisic (ABA) trên lá đột biến và không đột biến; B. Định lượng dấu hiệu Ca2+trên các mẫu lá đột biến và không đột biến; C. So sánh sự thay đổi Ca2+ tối đa được phát hiện trên các mẫu lá đột biến và không đột biến. (Được phép của Masatsugu T., Aratani, Y., Uemura, T., Hagihara, T. và cộng sự)
Thử nghiệm sâu hơn về “lỗ mũi” của cây thì đó là lỗ khí; khi xử lý trước cây bằng axit abscisic, một loại phytohormone (hooc môn thực vật), giúp đóng lỗ khí của cây một cách hiệu quả, điều này cho thấy Ca2+ giảm đáng kể.
Ông Toyota cho biết: “Thực vật không có ‘mũi’ nhưng khí khổng đóng vai trò như một cửa ngõ giúp GLV nhanh chóng xâm nhập vào các khoảng trống trong mô lá”.
Việc xử lý trước axit abscisic tương tự sau đó được áp dụng cho các cây đột biến làm giảm khả năng đóng khí khổng và tạo ra ánh sáng xanh lục bình thường. Các “lỗ mũi” đột biến vẫn mở và các tín hiệu cảnh báo xuất hiện bất chấp phytohormone.
Ông Toyota cho biết: “Cuối cùng chúng tôi đã tiết lộ câu chuyện phức tạp về thời gian, địa điểm và cách thực vật phản ứng với ‘thông tin cảnh báo’ từ những cây hàng xóm bị đe dọa của chúng”.
“Mặc dù chúng ta không nhìn thấy được mạng lưới liên lạc chặt chẽ của các loài thực vật, nhưng chúng đóng một vai trò then chốt trong việc bảo vệ kịp thời cộng đồng của chúng khỏi các mối đe dọa sắp xảy ra.”
Theo Michael Wing- The Epoch Times
Thiên Hòa biên dịch
