Các nhà khoa học phát hiện khi gặp nguy hiểm như sâu bệnh, cây cối có khả năng phát tán ra xung quanh một loại hợp chất dễ bay hơi để cảnh báo cho các cây khỏe mạnh kích hoạt cơ chế phòng vệ.
Theo một nghiên cứu mới, cây bị thương phát ra một số hợp chất hóa học có thể xâm nhập vào các mô bên trong của cây khỏe mạnh và kích hoạt cơ chế phòng vệ từ bên trong tế bào của cây.
Masatsugu Toyota, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications cho biết, lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã có thể “hình dung được sự giao tiếp giữa cây với cây”.
Ý tưởng về cây “biết nói” bắt đầu hình thành từ những năm 1980. Hai nhà sinh thái học đã đặt hàng trăm con sâu bướm và nhện trên cành cây liễu để quan sát phản ứng của cây. Họ nhận thấy những cây bị tấn công bắt đầu sản sinh ra các chất hóa học khiến lá của chúng trở nên kém ngon và khó tiêu để ngăn chặn côn trùng.
Nhưng ngạc nhiên hơn nữa, các nhà khoa học đã phát hiện ra những cây khỏe mạnh cùng loài, nằm cách xa 30 hoặc 40 mét và không có rễ liên kết với những cây bị sâu bệnh, cũng đưa ra các biện pháp phòng vệ tương tự để chuẩn bị chống lại sự xâm lược của côn trùng.
Những nhóm nghiên cứu ban đầu này đã nảy ra một ý tưởng mới: Cây gửi tín hiệu hóa học cho nhau qua không khí. Nhưng không ai biết hợp chất nào là quan trọng và chúng được cảm nhận như thế nào – cho đến tận bây giờ.
Thực vật rõ ràng không có tai và mắt, nhưng nghiên cứu trước đây cho thấy chúng giao tiếp với môi trường xung quanh bằng cách tiết ra các chất hóa học được gọi là hợp chất hữu cơ dễ phát tán mà chúng ta có thể ngửi thấy.
Nhưng cũng giống như con người có thể nói được nhiều từ, thực vật có thể tạo ra một loạt các hợp chất 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.
Tuy nhiên, một loại hợp chất này được phát tán ra khi cây bị thương: chất dễ bay hơi lá xanh. Đúng như tên gọi, hầu hết mọi loại cây xanh có lá đều có thể phát tán ra hợp chất này khi cây gặp phải thiệt hại vật lý.
Trong nghiên cứu mới, Toyota và các đồng nghiệp đã vò nát lá theo cách thủ công và đặt sâu bướm lên cây cải Arabidopsis hoặc cây cà chua để kích hoạt sự phát tán các chất dễ bay hơi khác nhau của lá xanh. Sau đó, họ phát tán những hợp chất này sang các cây khỏe mạnh để xem chúng có phản ứng hay không.
Để theo dõi phản ứng của cây khỏe mạnh, nhóm nghiên cứu đã biến đổi gene của cây để các ion canxi sẽ phát huỳnh quang khi được kích hoạt bên trong từng tế bào. Tín hiệu canxi rất quan trọng đối với các chức năng tế bào ở hầu hết các sinh vật sống trên Trái Đất, bao gồm cả con người.
Toyota cho biết tín hiệu canxi đóng vai trò tương tự ở thực vật. Tùy thuộc vào loại cây, nó có thể kích hoạt thông điệp đóng lá hoặc tiêu hóa côn trùng.
Sau khi thử nghiệm nhiều chất dễ bay hơi, nhóm nghiên cứu chỉ tìm thấy hai chất có vẻ làm tăng ion canxi bên trong tế bào. Ngoài ra, họ nhận thấy tín hiệu canxi lần đầu tiên tăng lên trong các tế bào bảo vệ hình thành các lỗ trên lá hay khí khổng của cây – một phát hiện quan trọng vì nó cho thấy các hợp chất được hấp thụ vào các mô bên trong cây.
Kessler, Giáo sư tại Đại học Cornell cho biết: “Chúng không thể dễ dàng thấm qua bề mặt của cây. Chúng phải đi qua khí khổng, [điều này] cho phép cây thực sự hít vào carbon dioxide và thải oxy ra ngoài để quang hợp”.
Toyota cho biết tín hiệu canxi giống như một công tắc để bật phản ứng phòng vệ từ thực vật. Sau khi tín hiệu tăng lên, nhóm nghiên cứu nhận thấy cây tăng sản xuất một số biểu hiện gene nhất định để phòng vệ. Ví dụ, Toyota cho biết cây cối có thể sản xuất một số loại protein để ngăn chặn côn trùng ăn lá, khiến côn trùng bị tiêu chảy.
Với sự hiểu biết mới, các nhà nghiên cứu cho biết thực vật có thể được miễn dịch chống lại các mối đe dọa và tác nhân gây hại trước khi chúng xảy ra – tương tự như việc tiêm vaccine cho cây.
Ví dụ, việc cho cây khỏe mạnh tiếp xúc với cây bị côn trùng xâm chiếm hoặc các chất bay hơi liên quan có thể giúp tăng cường khả năng phòng vệ di truyền của chúng, góp phần hạn chế việc sử dụng thuốc trừ sâu.
Nhà khoa học này cho biết sự tiến bộ này đã gieo nhiều hạt giống cho nghiên cứu trong tương lai.
