Cây cối tuy không có mắt hay tai, nhưng vẫn có cách riêng để “nhận diện” những cây cùng huyết thống thông qua các tín hiệu hóa học phát ra từ rễ. Phát hiện này đã khiến giới khoa học bất ngờ, bởi trước đây người ta cho rằng kiểu nhận biết như vậy chỉ tồn tại ở những sinh vật bậc cao như động vật hay con người.
Các loài cây có thể biết khi nào chúng được trồng chung chậu với anh em hoặc kẻ lạ mặt. Khi có kẻ lạ mặt ở chung, chúng sẽ phát triển nên những tính nết cạnh tranh, nhưng với ruột thịt, chúng tỏ ra ân cần tử tế hơn.
“Chúng ta thường có xu hướng nghĩ thực vật khá thụ động, nhưng thực tế chúng đang tích cực cảm nhận những cây khác và phản hồi lại,” Tiến sĩ Susan A. Dudley thuộc Đại học McMaster ở Hamilton, Ontario – tác giả chính của nghiên cứu đăng trên tạp chí Biology Letters của Hiệp hội Hoàng gia Anh – cho biết.
Trong một nghiên cứu công bố năm 2007 trên Biology Letters của Royal Society, Tiến sĩ Susan Dudley (McMaster University, Canada) đã làm thay đổi quan niệm truyền thống về sự thụ động của thực vật. Qua quan sát loài cải biển (Cakile edentula), bà phát hiện ra rằng thực vật sở hữu khả năng “nhận diện họ hàng” tinh vi. Khi phải chia sẻ không gian sống trong cùng một chậu với những cá thể không cùng huyết thống, cây cải biển phản ứng bằng một chiến lược cạnh tranh dữ dội: chúng dồn tối đa tài nguyên để tăng cường sinh khối bộ rễ. Mục tiêu của hành vi này là chiếm lĩnh không gian dưới lòng đất và hút cạn nguồn nước cũng như dưỡng chất trước khi đối thủ kịp tiếp cận.
Tuy nhiên, sự cạnh tranh khốc liệt này hoàn toàn biến mất khi những “hàng xóm” là anh chị em ruột — tức là những cây được nảy mầm từ cùng một cây mẹ. Thay vì phát triển bộ rễ xâm lấn, các cá thể họ hàng lại biểu hiện một sự “nhường nhịn” sinh học, duy trì bộ rễ ở mức vừa phải để đảm bảo tất cả các thành viên trong gia đình đều có đủ tài nguyên để tồn tại. Hiện tượng này được các nhà khoa học gọi là “chọn lọc họ hàng” , một chiến lược tiến hóa giúp bảo vệ sự sống sót của các bộ gen tương đồng, tương tự như những gì chúng ta thường thấy ở các loài động vật có tập tính xã hội cao.
Một nghiên cứu tiếp theo được đăng trên American Journal of Botany của Tiến sĩ Dudley cùng cộng sự Guillermo Murphy tiếp tục làm rõ cơ chế này trên loài cây mọng nước Impatiens pallida. Nghiên cứu trên cho thấy, khi mọc cạnh họ hàng, thay vì cạnh tranh ánh sáng, chúng có xu hướng phát triển thân dài hơn và phân cành khéo léo. Sự thay đổi cấu trúc này giúp cây tối ưu hóa việc đón nhận ánh sáng mặt trời ở những khoảng trống phía trên mà không che khuất các cây bên cạnh, tạo ra một sự chung sống hòa bình trong quần thể gia đình.
Ngược lại, khi đối mặt với những kẻ lạ mặt, chiến thuật của loài Impatiens pallida lập tức chuyển sang chế độ “đối đầu”. Thay vì ưu tiên chiều cao, chúng tập trung nguồn lực để sản sinh ra những tán lá rộng và dày hơn. Đây là một cơ chế cạnh tranh ánh sáng chủ động: bằng cách tạo ra bóng râm bao trùm, chúng không chỉ chiếm lĩnh nguồn năng lượng mặt trời hữu hạn mà còn tác động tiêu cực đến sự quang hợp của đối thủ. Những nghiên cứu này khẳng định rằng thực vật không chỉ cảm nhận được sự hiện diện của hàng xóm, mà còn có khả năng phân tích mối quan hệ di truyền để đưa ra những quyết định sinh tồn mang tính chiến lược và đầy nhân văn.
“Từ lâu những người làm vườn đã biết rằng một số cây sống với nhau hoà hợp hơn những cây khác, nay các nhà khoa học đã lý giải vì sao”, Dudley nói.
Trong một nghiên cứu đột phá được công bố trên tạp chí chuyên ngành Communicative & Integrative Biology, Tiến sĩ Harsh Bais cùng các cộng sự tại Đại học Delaware đã tìm hiểu hành vi của loài Arabidopsis thaliana (cây lộc cộc). Kết quả cho thấy, khi các cây không cùng “họ hàng” được trồng gần nhau, chúng có xu hướng cạnh tranh mạnh. Thay vì vươn cao, chúng dồn nhiều năng lượng xuống rễ để phát triển nhanh hơn dưới đất, nhằm giành nước và chất dinh dưỡng trước đối phương.
Ngược lại, khi các cây mọc từ cùng một cây mẹ (tức là có quan hệ “anh chị em”), chúng lại phát triển theo cách “nhường nhịn” hơn. Rễ của chúng không lan rộng quá nhiều và ít chèn ép nhau, giúp chia sẻ tài nguyên tốt hơn. Trên mặt đất, lá của các cây cùng “gia đình” cũng có xu hướng chạm và xen vào nhau tự nhiên. Trong khi đó, các cây không cùng nguồn gốc thường mọc thẳng lên và hạn chế tiếp xúc, như để tránh va chạm với “đối thủ”.
Theo Tiến sĩ Harsh Bais, khi ở gần cây cùng họ, thực vật không cố giành phần hơn mà có xu hướng cân bằng việc hút dinh dưỡng để cả nhóm cùng phát triển. Các nhà khoa học cho rằng điều này xảy ra nhờ những chất hóa học mà rễ cây tiết ra trong đất. Những tín hiệu này giống như “dấu hiệu nhận biết”, giúp cây phân biệt đâu là “người nhà” và đâu là cây lạ.
Phát hiện này không chỉ thú vị về mặt khoa học mà còn rất hữu ích trong nông nghiệp. Khi hiểu được cách cây “nhận diện” và tương tác với nhau, người ta có thể trồng cây với mật độ và cách sắp xếp hợp lý hơn. Nhờ đó, cây không phải cạnh tranh quá mức mà có thể tập trung phát triển tốt hơn, cho năng suất cao hơn và khỏe mạnh hơn. Điều này cho thấy thực vật cũng có những “cách ứng xử” rất tinh tế, dù chúng không hề biết nói hay di chuyển như con người.
Video 1: Các cây lạ mặt tranh giành không gian mọc rễ
Video quay chậm thời gian dưới cho thấy hai cái cây không liên quan cạnh tranh với nhau để tranh giành tài nguyên bằng cách phát triển bộ rễ nhanh nhất có thể. So với các cây anh chị em, những cái cây lạ mặt phát triển những bộ rễ dài hơn, hệ thống rễ đan xen với nhau nhiều hơn. Video của TS Harsh Bais, Đại học Delware.
Video 2: Các cây anh chị em tránh xung đột
Video quay chậm thời gian dưới cho thấy cách hai cái cây anh chị em tránh xung đột với nhau và không tranh giành không gian mọc rễ. So với những cái cây lạ, những cây anh chị em mọc rễ ngắn hơn, thưa hơn và chúng không chạm vào nhau. Video của TS Harsh Bais, Đại học Delware.
Ở nhiều nơi, thực vật thường mọc lên ngay bên cạnh các loài thực vật khác, nhưng không nhất định chúng sẽ tranh giành với nhau. Việc nhận diện họ hàng là cần thiết để cây cạnh tranh, bảo tồn chủng loài của mình, vì nguồn tài nguyên là có hạn. Tuy nhiên, với nhiều loài cây có thể phối hợp được với nhau, thì việc cạnh tranh sẽ là sự lãng phí nguồn lực bản thân. Nếu từng cá thể biết cách hợp tác, giảm mức độ cạnh tranh, thì về tổng thể, nhóm thực vật sẽ tồn tại lâu hơn.
“Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng đối với nông nghiệp,” Dudley bổ sung, “vì sự cạnh tranh giữa thực vật có thể làm giảm năng suất cây trồng. Về mặt lý thuyết, việc trồng nhiều cây anh em biết hợp tác với nhau sẽ cho ra năng suất thu hoạch cao hơn.”
“Một lý do khác để thực vật xác định họ hàng chính là tránh tình trạng lai giống cận huyết,” Dudley, nhà khoa học Canada, nói thêm. “Chúng có cơ chế tự tương thích, nơi chúng nhận phấn hoa. Điều này ngăn chặn chúng khỏi bị thụ phấn bởi phấn hoa của chính mình hoặc bởi một cây có cùng gen.”
Theo Science News, Wired, Udaily, American Journal of Botany
XEM THÊM:
Thiên cổ kỳ thư được dịch ra 46 ngôn ngữ, có mặt trên 160 quốc gia và vùng lãnh thổ
XEM THÊM:
Cây cối vị tha hơn là cạnh tranh – cuộc sống bí ẩn trong khu rừng xanh
Tân Thế Kỷ *Truyền Thống – Nhân Văn – Trung Thực*
