Hương thơm của cây cỏ

Submitted by neofob on Sat, 05/05/2012 - 09:22

Theo “What A Plant Smells” của Daniel Chamovitz, Scientific American, May 1, 2012
ngon co lau

Cuscuta không phải là một loại cây bình thường. Nó là một loại cây leo màu cam, có thể cao đến một thước, mang những bông hoa trắng nhỏ với năm cánh, và được tìm thấy trên khắp miền Bắc Mĩ. Cái đặc biệt của cây Cuscuta (thường được gọi là cây tơ hồng) là nó không có lá. Và nó không phải là cây xanh, vì nó không có chất diệp lục, một sắc tố hấp thụ năng lượng mặt trời, cho phép thực vật biến đổi ánh sáng thành đường và oxygen qua quá trình quang tổng hợp. Cuscuta là một loại cây ăn bám, nó lấy lương thực từ những cây khác – nó là một thực vật kí sinh. Để sống, Cuscuta bám vào một cây chủ rồi hút chất dinh dưỡng tạo bởi cây chủ bằng cách đục dây nhợ của nó vào hệ thống mạch của cây đó. Cái làm cho Cuscuta thật sự hấp dẫn là nó có những sở thích ẩm thực: nó lựa chọn những cây nào để hút nhựa sống.

Hạt giống của Cuscuta nẩy mầm giống như bất kì hạt giống thực vật khác. Thân cây mới mọc lên trên không và rễ mới đâm thẳng xuống đất. Nhưng một cây tơ hồng trẻ mà mọc dại riêng rẽ thì sẽ chết nếu nó không nhanh chóng tìm được một cây chủ để bắt đầu làm thân chùm gửi. Khi hạt giống cây tơ hồng mọc ra, đầu rễ của nó phát triển thành những vòng tròn nhỏ, dò dẫm môi trường chung quanh y như chúng ta dùng tay mò mẫm khi bị bịt mắt hoặc tìm kiếm nút bật đèn trong đêm tối. Trong khi những hành động này lúc đầu trông có vẻ ngẫu nhiên, nhưng nếu bên cạnh của nó là một cây khác (thí dụ như một cây cà chua) thì rõ ràng là nó đang uốn nắn, ngọ nguậy, và xoay vần theo hướng của cây cà chua để tìm ăn. Sau đó, cây tơ hồng uốn cong, mọc dài, và cuốn xoắn cho đến khi nó gặp lá cây cà chua. Nhưng thay vì đụng vào lá cây, nó chúi xuống và tiếp tục mọc dài ra cho tới khi nó tìm ra được thân cây cà chua. Trong một hành động chiến thắng cuối cùng, nó quấn chung quanh thân cây, đâm những rễ nhỏ xíu vào libe của cây cà chua (mạch dẫn truyền nhựa đường của cây), và bắt đầu thu rút đường để nó có thể tiếp tục phát triển và sau cùng nở hoa.
Consuelo De Moraes đã ghi hành vi này thành tài liệu trên phim. Cô là một nhà côn trùng học ở đại học Penn State với quan tâm chính là sự hiểu biết các tín hiệu hoá chất dễ bay hơi giữa côn trùng và thực vật và giữa thực vật với nhau. Trọng tâm của một trong các dự án của cô là tìm hiểu làm sao cây Cuscuta tìm ra con mồi của nó. Cô đã cho thấy rằng cây leo tơ hồng không bao giờ mọc về hướng chậu cây trống hay chậu có cây giả mà lúc nào cũng phát triển về hướng cây cà chua cho dù cô đặt chúng ở nơi nào - dưới ánh sáng hoặc trong bóng mát. De Moreas đưa ra giả thuyết là cây tơ hồng đã thực sự “ngửi” được cây cà chua. Để kiểm tra giả thuyết của mính, cô và học sinh của cô đặt chậu cây tơ hồng trong một hộp kín và đặt chậu cây cà chua trong một hộp kín thứ nhì. Hai hộp được nối liền với nhau bằng một ống hơi để không khí có thể tự do qua lại giữa hai hộp. Cây tơ hồng luôn luôn mọc về hướng ống hơi, cho thấy rằng cây cà chua đã phát ra một mùi phảng phất truyền qua hộp bên kia và cây tơ hồng thích cái mùi đó.
Nếu Cuscuta đã mê cái mùi của cây cà chua thì có lẽ De Moreas có thể tạo ra một nước hoa cà chua để thử xem cây tơ hồng vươn theo hay không. Cô làm một nước chiết tinh từ thân cây cà chua và thấm nó vào bông gòn rồi đặt nó kế một bên chậu Cuscuta. Ở bên kia của chậu, cô cũng để một bông gòn nhưng thấm bằng dung môi dùng để làm nước hoa cà chua. Đúng theo dự đoán, cô đã lừa cây tơ hồng mọc theo hướng bông gòn tiết ra mùi cà chua, tưởng sẽ tìm được thức ăn, chứ không theo hướng của bông gòn với dung môi.
Nếu có chọn lựa giữa cà chua và lúa mì thì cây tơ hồng sẽ chọn cà chua. Nếu người ta trồng cây tơ hồng ở giữa hai chậu lúa mì và cà chua thì cây tơ hồng sẽ hướng về phiá cây cà chua.
Ở cấp độ cơ bản của hoá học, nước cà chua và nước lúa mì đều tương tự như nhau. Cả hai đều chứa beta-myrcene, một hợp chất dễ bay hơi (một trong hàng trăm chất hoá học có mùi độc đáo mà người ta đã biết) mà chính nó có thể dụ Cuscuta mọc hướng tới nó. Vậy thì tại sao lại có sự ưu đãi này? Một giả thuyết rõ ràng là tính chất phức tạp của cụm nước hoa. Ngoài beta-myrcene, cà chua còn phát ra hai chất hoá học dễ bay hơi khác mà cây tơ hồng thích, một hỗn hợp nước hoa mà cây tơ hồng không cưỡng lại được. Trong khi đó lúa mì chỉ có một chất dụ dỗ cây tơ hồng, beta-myrcene, và không có hai chất khác có ở cà chua. Hơn nữa, lúa mì không những tạo ra ít chất kích thích hơn mà nó còn tạo thêm (Z)-3-Hexenyl acetate, chất làm cây tơ hồng ghét so với chất beta-myrcene làm cây tơ hồng thích. Thật ra, Cuscuta mọc ngược hướng với (Z)-3-Hexenyl acetate, tức là nó kị với lúa mì.
Nghe ngóng lẫn nhau
Năm 1983, hai nhóm khoa học gia công bố những phát hiện đáng kinh ngạc về thông tin giữa thực vật với nhau khiến người ta có một cái nhìn hoàn toàn mới về cây cối, từ cây liễu tới cây đậu. Các nhà khoa học cho rằng cây cối cảnh báo nhau về một hiểm họa côn-trùng-ăn-lá-cây sắp xẩy ra. Phát hiện của họ đã nhanh chóng lan tràn trong văn hoá quần chúng, cái ý tưởng “cây biết nói” xuất hiện đầy trong sách báo, không những trong lãnh vực khoa học mà còn trên báo chí hàng ngày trên toàn thế giới.
David Rhoades và Gordon Orians, hai nhà khoa học của Đại học Washington, nhận thấy con sâu ít có khả năng gậm nhấm lá của cây liễu nếu cây này đứng kế bên những cây liễu khác đã bị nhiễm bởi con sâu. Rhoades phát hiện ra rằng những cây lành mạnh mọc gần cây nhiễm trở nên đối kháng với con sâu bởi vì lá của nó - chứ không phải lá của cây nhiễm sâu - chứa hoá chất phenolic và tannin khiến côn trùng chê, không muốn ăn. Bởi vì họ không thể tìm thấy một liên hệ trực tiếp nào giữa cây nhiễm và cây lành mạnh kế bên nhau – chúng không chia sẻ chung một rễ, nhánh cây của chúng không chạm vào nhau – nên Rhoades đề xuất rằng những cây bị nhiễm đã thông tin cho những cây lành mạnh bằng các tín hiệu có chứa pheromone qua không gian. Nói một cách khác, cây nhiễm sâu đã báo hiệu cho những cây lành mạnh chung quanh, “Hãy coi chừng! Bảo vệ mình đi!”
Chỉ ba tháng sau đó, nhà nghiên cứu của đại học Dartmouth, Ian Baldwin và Jack Schultz, cho đăng một bài hội thảo xác minh kết quả của Rhoades. Họ nghiên cứu hai loại cây phong (cao khoảng nửa thước) được trồng trong những lồng kính. Họ dùng hai lồng cho thí nghiệm của họ. Lồng thứ nhất chứa hai nhóm cây: 15 cây có hai lá (mỗi cây) bị xé rách một nửa và 15 cây có lá nguyên vẹn. Lồng thứ hai chỉ chứa cây có lá nguyên vẹn. Hai ngày sau, những lá cây lành mạnh đã tạo ra nhiều thêm chất hoá học ức chế sự tăng trưởng của côn trùng. Cây trong lồng thứ nhì không tạo ra thêm những chất hoá học đó. Baldwin và Schultz cho rằng các lá rách, cho dù bị xé như trong thí nghiệm của họ hay bị côn trùng ăn như trong trường hợp cây liễu của Rhoades, phát ra những tín hiệu bằng hơi để những cây hư hại có thể giao tiếp với những cây lành mạnh, kết quả là cây lành mạnh đã phản ứng bằng cách tự bảo vệ chống lại cuộc tấn công có thể xẩy ra của côn trùng.
Những báo cáo đầu tiên về thực vật thông tin với nhau thường bị bác bỏ bởi các người khác trong cộng đồng khoa học vì họ cho rằng nó không được kiểm tra kĩ lưỡng, thiếu chính xác, hoặc kết quả có đúng đấy nhưng với những tác động được phóng đại.
Tuy vậy, trong mười năm qua, hiện tượng “nói chuyện” giữa cây cối qua mùi thơm đã được hiển thị nhiều lần với một số đông các thực vật. Trong khi hiện tượng này được công nhận một cách khoa học, câu hỏi bây giờ là: Có phải thật sự cây cối đã nói chuyện với nhau (nói một cách khác, có chủ ý báo hiệu cho nhau về nguy hiểm sắp tới), hay những cây nhiễm sâu tự động phát ra tín hiệu cho những cây lành cho dù cây lành có muốn nhận nó hay không?
Martin Heil và nhóm của ông tại Center for Research and Advanced Studies ở Irapuato, Mexico, đã nghiên cứu đậu lima dại (Phaseolus lunatus) trong nhiều năm qua để tìm lời giải cho câu hỏi này. Ông biết rằng khi cây đậu bị bọ ăn, nó đáp ứng theo hai cách. Lá bị bọ ăn phát ra một hỗn hợp các chất hoá học dễ bay hơi trong không khí và hoa (tuy không bị bọ ăn) cũng tạo ra một mật hoa thu hút động vật khác tới để ăn con bọ. Khởi đầu sự nghiệp của mình trong đầu niên kỉ, Heil làm việc tại Max Planck Institute for Chemical Ecology ở Jena, Đức, cùng một nơi mà Baldwin đã (và hiện vẫn còn) làm giám đốc, và cũng như Baldwin trước đó, Heil tự hỏi tại sao cây đậu lại phát ra các hoá chất như vậy.
Heil và đồng nghiệp đặt cây đậu bị bọ ăn kế với cây đậu chưa hề tiếp xúc với con bọ và họ theo dõi không khí chung quanh các lá cây. Họ chọn tổng cộng bốn lá từ ba cây khác nhau: từ một cây đã bị bọ ăn họ chọn hai lá, một lá bị bọ ăn (lá 1) và một lá lành lặn (lá 2); một lá từ cây lành lặn kế bên (lá 3); một lá từ cây được giữ cô lập, không đụng chạm với bọ hay cây bị bọ ăn (lá 4). Họ xác định các hoá chất dễ bay hơi trong không khí chung quanh mỗi lá với GC/MS (dụng cụ thường dùng bởi các công ti bào chế nước hoa mỗi khi họ thiết kế một mùi thơm mới).
Heil tìm thấy hơi khí phát ra từ lá bị bọ ăn và lá lành mạnh ở củng một cây chứa hoá chất như nhau (lá 1 và là 2), trong khi khí chung quanh lá khác không chứa những hoá chất đó (lá 4). Hơn nữa, khí chung quanh lá lành lặn của cây đậu đặt kế cây bị bọ ăn cũng chứa cùng những hoá chất phát ra bởi cây bị bọ ăn (lá 3). Như vậy là rõ rồi. Nhưng Heil không tin chắc rằng cây bị bọ ăn đã “nói chuyện” với những cây khác để cảnh báo chúng chống lại cuộc tấn công sắp xẩy ra. Thay vào đó ông đề xuất rằng cây kế bên đã thực hành một dạng đánh mùi bằng cách phát ra một tín hiệu nội tại để báo hiệu cho lá trên cùng một cây. Heil liền thay đổi thí nghiệm của ông bằng một cách đơn giản, và kiệt xuất, để thử nghiệm giả thuyết của ông. Ông giữ hai cây kế bên nhau nhưng bọc những lá cây bị bọ ăn trong túi nhựa trong 24 giờ. Khi ông phân tích bốn lá cây như trong thử nghiệm đầu tiên nói trên, kết quả khác hẳn đi. Trong khi lá bị bọ ăn tiếp tục phát hoá chất như lần trước (lá 1), những lá khác trên cùng một cây và trên cây kế bên bây giờ lại y như lá cây không bị gì (lá 2, 3, 4); không khí chung quanh những lá đó hoàn toàn trong sạch, không hoá chất.
Heil và cộng sự mở túi nhựa và thổi không khí trong đó ra hai hướng: hoặc vào các lá của cây kế bên hoặc ra chỗ khác. Sau đó họ phân tích không khí phát ra từ lá của cây kế bên và đo lượng mật hoa mà nó sản xuất. Lá được thổi từ không khí của lá bị bọ ăn (lá 1) đã phát ra cùng những chất hoá học, và chúng tạo thêm mật hoa. Những lá không tiếp xúc với khí trong túi nhựa vẫn không thay đổi.
Kết quả này rất là quan trọng vì nó cho thấy hơi phát ra từ lá đã bị tấn công cần thiết cho chính cây đó để nó bảo vể lá của nó trước cuộc tấn công trong tương lai. Nói cách khác, khi một chiếc lá bị tấn công bởi côn trùng hay vi khuẩn, nó phát ra mùi thơm để cảnh báo những chiếc lá anh em cùng cây để cùng bảo vệ lẫn nhau chống lại cuộc xâm lăng của rợ nước ngoài. Còn cây kế bên thì nghe ngóng cuộc nói chuyện mùi mẫn, từ đó nó rút ra thông tin để giúp nó bảo vệ chính nó. Trong thiên nhiên, tín hiệu mùi mẫn này chỉ đi xa khoảng vài thước (tín hiệu dễ bay hơi khác nhau, tùy theo tính chất hoá học của chúng, bắn đi xa hoặc gần). Đối với cây đậu lima, đương nhiên là nó quấn leo chằng chịt vào nhau, thì sự khắng khít này đủ để đảm bảo nếu một cây đậu đang gặp rắc rối thì tất cả hàng xóm đều biết ngay.
Như vậy là sau khi bị tổn thương, thực vật tạo ra những hoá chất để tự chống trả. Các cây cối chung quanh ngửi được những hoá chất đó nên sau đó cũng có những phản ứng để bảo vệ chính nó.
Thực vật có ngửi được không?
Do đó, cây cối coi như đã tỏa ra một chùm mùi thơm. Cứ tưởng tượng như người ta đang đi dạo trong vườn và hửi được mùi thơm hoa hồng trong mùa hè, hoặc mùi thơm của cỏ mới cắt trong mùa xuân, hoặc hương thơm hoa nhài trong đêm tối. Không cần nhìn kĩ, chúng ta biết hoa quả đã chín mùi.
Rất nhiều hương liệu như vậy đang được dùng trong những giao tiếp phức tạp giữa thực vật và động vật. Hương thơm đã hấp dẫn côn trùng trong việc gieo hoa thụ phấn và thú vật trong việc gieo hạt trái quả, và thậm chí nó còn dụ dỗ người ta vun trồng hoa quả trên toàn thế giới. Nhưng cây cối không chỉ tỏa ra mùi thơm; như chúng ta đã thấy, chúng còn chắc chắn ngửi được mùi thơm của các cây khác.
Rõ ràng là thực vật không có thần kinh khứu giác kết nối tới bộ não để diễn giải các tín hiệu. Nhưng Cuscuta, cây tơ hồng của Heil, và các thực vật khác trên khắp thế giới đáp ứng với pheromones, y như chúng ta vậy. Thực vật phát hiện một hoá chất dễ bay hơi trong không khí, và chúng chuyển đổi tín hiệu này (mặc dù không có dây thần kinh) thành một phản ứng sinh lí. Vậy thì, chắc chắn, điều này có thể được coi là từ sự ngửi ngớm ra mà thôi.
(TH St)