Cây nho leo giàn như thế nào, hoa hướng về ánh sáng mặt trời ra sao và làm thế nào cây trinh nữ bẫy côn trùng có thể bắt mồi mà không cần cơ hai đầu hoặc xương?

Hiện tượng co lại và phồng lên giúp lá cây hướng dương có thế quay về hướng mặt trời. (iStockphoto)

Chuyển động của loài người liên quan tới dây thần kinh, cơ bắp và xương. Những chuyển động này xảy ra khá nhanh. Với rễ gắn chặt trong đất, cây không thể có khả năng chuyển động như con người nhưng điều này không có nghĩa là cây không chuyển động. Một cây non có thể chuyển động sang phải trong vòng vài giờ. Cây leo có thể quấn quanh cọc trong vòng vài phút và cây trinh nữ bẫy ruồi có thể bắt được mồi cho bữa tối của mình trong vòng chưa đầy một giây.

Chuyển động của cây có thể vĩnh viễn hoặc đảo ngược. Tuy nhiên, những chuyển động này luôn giúp cho cây trồng làm được những việc mà nhân viên môi giới bất động sản luôn mơ ước: tận dụng tối đa vị thế và hướng của mình.

Chuyển động hình chữ U

Cây có thể không có mắt hay tai giữa nhưng chúng có các bộ phận cảm biến có thể phát hiện ánh sáng và trọng lực. Người ta có thể thay đổi hình dáng cây non bằng cách thay đổi vị trí của nó hoặc nguồn chiếu sáng. Nếu quay hướng cây non, chỉ trong vòng vài giờ, thân cây sẽ chuyển động quay lên và rễ sẽ quay xuống. Tương tự, các nhà khoa học cũng có thể thử nghiệm bằng cách thay đổi hướng nguồn sáng. Cây non sẽ mọc về phía ánh sáng cho dù ánh sáng được chiếu từ hướng nào.

Các chuyển động như trên diễn ra chậm và vĩnh viễn bởi nó tạo ra những thay đổi trong quá trình phát triển của tế bào. Hiện tượng hướng sáng xảy ra bởi các đầu của những cành cây non đang phát triển chứa một sắc tố nhạy sáng, đặc biệt với ánh sáng xanh. Khi chiếu lên cành cây, ánh sáng sẽ được hấp thụ bởi sắc tố phototrophin và sắc tố này kích thích quá trình giải phóng hormone auxin trong cây, giúp cho các tế bào phát triển. Hướng ánh sáng quyết định hoạt động của loại hormone này. Nếu ánh sáng xuất phát từ phía bên phải, auxin sẽ di chuyển về phía trái (hướng có bóng râm) của cành cây non. Như vậy, các tế bào ở phía bóng râm phát triển trong khoảng thời gian lâu hơn, khiến cành cây uốn cong ngược trở lại hướng về phía ánh sáng.

Nếu ta hay đổi hướng ánh sáng thì cây sẽ uốn cong sang hướng ngược lại. Quy trình này không hoàn toàn giống một thí nghiệm thông thường.

Hiện tượng địa hướng động (phát triển về hướng lực hút Trái đất hoặc chiều ngược lại phụ thuộc vào gốc cây hay ngọn cây) cũng phụ thuộc vào hormone auxin. Cơ chế hoạt động phía sau của quy trình này khá đơn giản. Tế bào trong rễ cây và ngọn cây chứa các túi tinh bột gọi là statolith. Tinh bột này có mật độ khá dày nên nên nó luôn luôn nằm ở vị trí đáy tế bào. Vị trí của statoliths quy định hướng giải phóng auxin. Việc quay hướng cây làm cho statoliths quay chiều và chuyển sang vị trí bên kia của tế bào khiến auxin được giải phóng theo hướng đó và tế bào kéo dài ra. Như vậy thân cây được uốn cong. Thiên nhiên thật tuyệt vời!

Những lá cây xanh và chuyển động nhanh

Các bước chuyển biến chậm và vĩnh viễn không phải là những chuyển động duy nhất của lá. Các cây trinh nữ bẫy ruồi là những cây chuyển động rất nhanh nên người quan sát cần tinh ý nhận ra hiện tượng này. Các chuyển động nhanh như vậy có thể là do thủy lực, loại cơ thực có trong cây cối.

Bề mặt lá đã bị biến đổi của cây trinh nữ bẫy ruồi chứa những sợi lông tơ. Khi một sợi lông bị đụng chạm một hoặc hai lần trong một khoảng thời gian ngắn, bẫy ruồi có thể sập lại trong vòng 300 phần triệu giây.

Tuy nhiên, các sợi lông tơ này chỉ đóng vai trò giai đoạn đầu trong hoạt động trên. Khi uốn cong, lông tơ sẽ đẩy vào các tế bào có thành mỏng bao quanh đáy, tăng áp lực phía bên trong. Áp lực gia tăng sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện giống như tín hiệu thần kinh của con người, mặc dù chậm hơn. Áp lực này được nhân lên nhờ lượng ion Clo được giải phóng, khác với việc hấp thụ các ion natri giúp vận hành hệ thần kinh của con người.

Chuyển động của ion ka-li bên trong và bên ngoài tế bào dẫn đến hiện tượng co lại hoặc phồng lên của tế bào. Nước chảy theo các ion làm tế bào trương lên do mức tập trung ion K+ và khử nước các tế bào vừa mất ka-li. Sự kết hợp giữa hiện tượng co lại và phồng lên ở các bộ phận trong thân cây hoạt động như những đòn bẩy và tạo ra chuyển động, tương tự như hiện tượng căng và co các cơ trái chiều trong cơ thể con người giúp các chi chuyển động.

Sự cân bằng giữa hiện tượng co lại và phồng lên là nguyên nhân dẫn đến các chuyển động có thể đảo ngược ở thực vật, từ hiện tượng hoa mimosa sẽ khép cánh lại nếu ta chạm đầu ngón tay theo chuyển động của lá và hoa theo hướng mặt trời. Yếu tố thúc đẩy các chuyển động này là một bộ phận siêu nhỏ gọi là thể gối nằm ở cuống lá và thân cây uốn cong lại.

Giống như các tế bào tạo ra hiện tượng đóng và mở bẫy ruồi, thể gối được bao quanh bởi các tế bào ‘di động’ có thành mỏng. Các tế bào này có thể căng lên hoặc co lại khi nước chảy vào hoặc ra khỏi tế bào, tạo ra sự thay đổi về mức độ tập trung của các ion ka-li. Trong các loài thực vật có hiện tượng biến đổi theo hướng mặt trời, các tế bào cảm biến ánh sáng và nhiệt độ điều khiển chuyển động của các ion ka-li tạo ra các chuyển động hướng lên, quay xuống hoặc quay vòng ở lá. Ở những loài thực vật có những phản ứng khi bị chạm vào, như cây mimosa, các tế bào cảm ứng giống như những nốt nhỏ nhô ra khỏi thành tế bào, kích thích các ‘bơm thủy lực’ hoạt động.

Tác động tương tự ở các cơ quan cảm biến với các va chạm cũng xảy ra ở các loài cây leo. Không ‘đầu tư’ vào các bộ phận thể rắn có thể chịu lực trọng lượng, cây leo phát triển với các tua dần dần quấn quanh cọc giống như sợi dây thòng lọng quấn thành những vòng tròn. Khi chạm vào một vật nào đó, các mấu nhọn bị đẩy và tín hiệu này kích thích tế bào kéo dài ra, có thể có sự hỗ trợ của hormone auxin.

Chuyển động của cây liên quan tới hormone, lông tơ và thủy lực chứ không phụ thuộc vào hệ thần kinh, hệ cơ và xương. Tuy nhiên, cơ chế chuyển động ở thực vật là điều bí ẩn trong hơn 400 triệu năm đã được sáng tỏ. Nếu các nhà thiết kế các vật liệu thông minh được đầu tư, họ có thể chế tạo thế hệ các thiết bị cảm biến và các loại máy móc siêu nhỏ thế hệ tiếp theo.

Theo bayvut

Các bài viết liên quan:

Phôi khủng long 190 triệu năm tuổi Loài cá bay kỳ lạ Cò khổng lồ từng săn người lùn? Những “cú lừa” nổi tiếng trong khoa học Chuột non có thể tự tái tạo tim sau tổn thương Tìm ra nguyên nhân mực khổng lồ bị chết Phát hiện phiến đá 10.000 năm có dấu vết người ngoài hành tinh Như người, chuột cũng hối tiếc về việc đã làm