|
 Đang trực tuyến :
22 |
|
 Số lượt truy cập :
33206276 |
|
|
|
|
|
Tại sao một số loại cỏ phát triển quang hợp hiệu quả hơn?
Thứ năm, 27-12-2012 | 08:24:02
|
|
Ngay cả trên thang thời gian tiến hóa hàng chục triệu năm cũng diễn ra một thứ gọi là có đúng hình dạng vào đúng thời điểm. Một sự khác biệt về cấu trúc trong khả năng nắm bắt thời điểm này, theo một nghiên cứu của các nhà sinh vật học Đại học Brown, giải thích lý do tại sao có nhiều loài trong một nhóm lớn loài cỏ phát triển cách quang hợp hiệu quả hơn so với các loài trong nhánh khác.
Chú thích: Trong ảnh là một mẫu cắt ngang phóng đại của một chiếc lá của cỏ Eriachne ciliata. Các gân hình tròn tương đối gần nhau và được bao quanh bởi các tế bào màng bọc lớn. Cấu trúc này đã tăng cường hiệu quả hơn cách quang hợp "C4".
Ảnh: Edwards Lab/Đại học Brown
Phát hiện của họ được đăng tải trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ. Các nhà sinh học đề cập đến các loại cỏ đã tiến hóa cách tạo thức ăn tốt hơn trong điều kiện ấm áp, nắng và khô bằng sử dụng ký hiệu "C4". Những loại cỏ không có tính trạng này được phân loại là "C3." Các nhà khoa học vốn đã biết rằng, trong khi tất cả các loài cỏ ở nhánh BEP và nhánh PACMAD có cấu trúc trao đổi chất cơ bản để trở thành cỏ C4, thì các loài vốn đã làm được điều này hoàn toàn nằm trong nhánh PACMAD. Một nhóm các nhà khoa học đã tự hỏi lý do tại sao có sự chênh lệch đó tồn tại. Để tìm hiểu, Brown, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ và tác giả chính Pascal - Antoine Christin đã dành hai năm để kiểm tra một cách chặt chẽ cấu trúc tế bào của 157 loài cỏ đang tồn tại trong nhánh BEP và nhánh PACMAD. Bằng cách sử dụng dữ liệu di truyền, nhóm nghiên cứu đã tổ chức các loài này thành một phả hệ tiến hóa của chúng, sau đó họ sử dụng phả hệ này để suy ra các tính trạng về cấu tạo của cỏ tổ tiên mà hiện nay không còn tồn tại nữa, một kỹ thuật phân tích phổ biến gọi là tái tạo tính trạng tổ tiên. Kỹ thuật này cho phép họ xem xét sự khác biệt về cấu trúc có thể tiến hóa ra sao giữa các loài theo thời gian. Nghịch lý là, để hiểu sự tiến hóa của C4, thì các nhà nghiên cứu phải tập trung vào cấu trúc của cỏ C3 trong mỗi nhánh. Nói chung, những thứ mà họ phát hiện thấy là trong lá của nhiều cỏ C3 trong nhánh PACMAD, các gân gần nhau hơn, và bản thân các mạch được bao quanh bởi các tế bào lớn hơn (tế bào màng bọc) so với cỏ C3 trong nhánh BEP. Sau cùng, cỏ PACMAD có tỷ lệ tế bào màng bọc cao hơn so với các tế bào diệp nhục (tế bào lấp đầy những vị trí giữa các mạch). Ở cỏ C4, sự sắp xếp cấu trúc như vậy tạo điều kiện cho việc trao đổi và xử lý khí CO2 hiệu quả hơn trong các tế bào màng bọc khi CO2 trong tình trạng khá khan hiếm. Khi nhiệt độ nóng lên hoặc thực vật gặp căng thẳng, thì chúng ngừng lại việc lấy quá nhiều CO2, do đó chỉ tạo ra sự thiếu hụt ở trong lá. Vì vậy, nhánh PACMAD đã phát triển khuynh hướng cấu trúc theo hướng quang hợp C4 mà cỏ trong nhánh BEP không phát triển, tác giả cấp cao Erika Edwards, phó giáo sư về sinh thái học và sinh học tiến hóa tại Đại học Brown, giải thích. "Chúng tôi phát hiện thấy rằng, những cỏ C3 trong nhóm PACMAD có cấu trúc rất khác biệt về cấu trúc so với cỏ C3 trong nhánh BEP," bà cho biết. "Chúng tôi nghĩ đó là bước đệm tiến hóa để tiến đến sinh lý học giống C4". Khi những chiếc lá mới lật Trước đây điều này không diễn ra như vậy. Cách đây khoảng 60 triệu năm trước, cỏ trong nhánh BEP và nhánh PACMAD có sự tương đồng nhiều hơn và phát triển theo cùng hướng. Khoảng cách giữa các gân lá trong cả hai nhánh này ngày càng gần nhau hơn. Nhưng sau đó chúng bắt đầu phân ra theo một cách quan trọng. Các tế bào màng bọc xung quanh các gân ở cỏ trong nhánh BEP bắt đầu thu nhỏ lại trong khi những tế bào như vậy ở cỏ trong nhánh PACMAD vẫn to hơn. Trong một thời gian dài, khí hậu đã không đặc biệt trừng phạt hay khen thưởng cho hướng phát triển nào trong 2 hướng phát triển này. Nhưng sau đó khí hậu thay đổi, và cơ hội gõ cửa, Edwards ví von. Chỉ có PACMAD là gần cánh cửa này mà thôi. "Khi CO2 trong khí quyển giảm hàng chục triệu năm sau khi diễn ra sự chia tách giữa nhánh BEP và nhánh PACMAD, thì sự kết hợp các tế bào ngắn hơn [giữa các gân] và các tế bào màng bọc lớn chỉ tồn tại trong các thành viên của nhánh PACMAD, hạn chế sự tiến hóa C4 ở dòng này" Christin và đồng tác giả cho biết trong bài nghiên cứu. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện thấy rằng sự tiến hóa ở cỏ C4 có sự khác biệt khó nhận thấy về mặt cấu trúc. Một số cỏ C4 tiến hóa vì những thay đổi thuận lợi trong các tế bào màng bọc bên ngoài, trong khi những loại cỏ khác lại do những cải thiện trong các tế bào màng bọc bên trong. Cuối cùng, Edwards nhận định, những nghiên cứu như nghiên cứu này cho thấy, các nhà sinh học đã đạt được tiến bộ quan trọng trong việc tìm hiểu bức tranh lớn hơn về khi nào và nơi nào những tính trạng quan trọng ở thực vật tiến hóa. Điều đó có thể dẫn đến những tiến bộ hơn nữa trong khoa học cơ bản, và có lẽ cả trong nông nghiệp. "Vì hiện nay chúng ta đã có cái nhìn ngày càng chi tiết và rõ ràng nên chúng ta có thể bắt đầu có một ngành khoa học dễ dự đoán hơn," bà nhận xét. "Ví dụ như, hiện nay chúng ta có nguyên vật liệu để đặt ra những câu hỏi thú vị về lý do tại sao, một tính trạng tiến hóa 10 lần trong khu vực này của cây nhưng không bao giờ tiến hóa ở khu vực khác. Về mặt kỹ thuật di truyền chúng ta sẽ có thể cung cấp một số thông tin hữu ích cho những người muốn cải thiện loài, như những cây trồng quan trọng chẳng hạn". Thanh Vân - Dost-dongnai, Theo Eurekalert
|
Trở lại
In
Số lần xem: 1664
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
