Cách lá phản chiếu ánh sáng tiết lộ lịch sử tiến hóa của thực vật có hạt

Theo một nhóm các nhà khoa học quốc tế dẫn đầu là một nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Maine, cho rằng cách lá phản chiếu ánh sáng có thể phản ảnh lịch sử tiến hóa của thực vật có hạt.

Theo Dudu Meireles, quang phổ phản xạ của thực vật hoặc lá cây phản xạ ánh sáng qua các bước sóng khác nhau, điều này ghi nhận sự thay đổi và đa dạng hóa của thực vật có hạt trong quá trình tiến hóa. Phó giáo sư về hệ thống và tiến hóa thực vật của UMaine cùng các đồng nghiệp từ Hoa Kỳ, Canada, Thụy Sĩ và Anh đã khám phá cách quang phổ phát triển và đa dạng qua 350 triệu năm của quá trình tiến hóa thực vật.

Theo Meireles, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bằng cách đo quang phổ ánh sáng do lá phản chiếu, họ có thể xác định được thành phần hóa học và sự tiến hóa của cây trồng đó. Trong một báo cáo nghiên cứu, quang phổ cũng có thể được sử dụng để "cung cấp những đánh giá đột phá về sự tiến hóa của lá và sự đa dạng phát sinh loài thực vật ở quy mô toàn cầu". Meireles nói rằng ông hy vọng các phép đo này có thể được thực hiện từ xa bằng cách sử dụng các phương tiện bay không người lái, máy bay hoặc vệ tinh.

"Chúng tôi biết rất ít cách mà những đặc tính cây trồng và thành phần hóa học trong đó tiến hóa do việc thu thập dữ liệu rất khó và chậm, nhưng quang phổ cho phép chúng tôi thu thập những dữ liệu đó với tốc độ chưa từng có", Meireles nói.

New Phytologist, một tạp chí nghiên cứu khoa học cây trồng quốc tế, đã công bố kết quả nghiên cứu của nhóm trong số ra tháng 10 năm 2020 và quảng bá nghiên cứu trên trang bìa. Trang bìa cũng mang những phong cách nghệ thuật của Adriana Cavalcanti, một sinh viên của MFA Intermedia. Theo tạp chí, tác phẩm nghệ thuật trên lá được tạo ra từ những lỗ đục trên tán lá mùa thu gợi lên "cách mà quang phổ phản xạ ánh sáng ghi nhận sự đa dạng hóa học của lá và lịch sử tiến hóa của thực vật".

Cavalcanti cho biết cô đã tạo ra tác phẩm nghệ thuật, có tựa đề "Biomimicry", vào mùa thu năm ngoái bằng cách đục lỗ trên nhiều loại lá và dán các vòng tròn khác nhau vào gỗ khai hoang để tạo thành một chiếc lá nhiều màu. Cô nói, cách thức công nghệ kết hợp với khoa học và thiên nhiên đã truyền cảm hứng cho tác phẩm, đồng thời cho biết thêm cách quan sát thiên nhiên đã ảnh hưởng đến một số tiến bộ công nghệ.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện bằng cách sử dụng bộ dữ liệu gồm hơn 16.000 phổ phản xạ cấp độ lá, từ ánh sáng có thể nhìn thấy đến tia hồng ngoại, từ 544 loài thực vật có hạt ở vùng nhiệt đới và ôn đới của châu Mỹ và châu Âu. Họ đo quang phổ của lá bằng cách sử dụng máy quang phổ và nguồn sáng nhân tạo.

Theo các nhà nghiên cứu, trong khi quang phổ thể hiện lịch sử phát sinh loài của thực vật có hạt, vị trí tín hiệu thể hiện thông tin trong quang phổ có thể thay đổi khác nhau giữa các dòng họ thực vật. Ví dụ, họ phát hiện ra rằng tín hiệu cung cấp ghi nhận tiến hóa cho các dòng thực vật một lá mầm nằm trong ánh sáng cận hồng ngoại phản xạ từ lá của chúng, nhưng tín hiệu cho dòng hạt trần lại nằm trong ánh sáng hồng ngoại có bước sóng ngắn phản xạ từ lá. Để theo dõi sự đa dạng của thực vật, Meireles cho biết các nhà khoa học phải đo toàn bộ quang phổ ánh sáng phản chiếu từ lá cây chứ không phải chỉ một số ít các dải.

Nhóm đã tạo ra một mô hình có thể giúp mô phỏng cách các động lực tiến hóa khác nhau, chẳng hạn như sự thích nghi hội tụ với bóng râm, ảnh hưởng đến quang phổ như thế nào. Trong khuôn khổ công việc của họ cũng tiết lộ rằng quá trình tiến hóa hạn chế sự biến đổi quang phổ trong thực vật có hạt ở các mức độ khác nhau, đặc biệt là đối với vùng khả kiến liên quan đến các sắc tố như diệp lục và carotenoit.

Meireles và các đồng nghiệp của ông hy vọng rằng ngày càng có nhiều dữ liệu quang phổ có độ phân giải cao không chỉ đối với lá mà còn ở cấp độ tán cây và cảnh quan sẽ giúp cải thiện cách các nhà khoa học giám sát tính đa dạng sinh học cây trồng.

"Chức năng hệ sinh thái và cách mở rộng an sinh của con người, phụ thuộc vào sự đa dạng sinh học. Chúng ta phải theo dõi sự đa dạng để nâng cao hiểu biết, quản lý, bảo tồn nó và quang phổ phản xạ là một trong những công cụ tốt nhất mà chúng ta phải thực hiện một cách hiệu quả", Meireles nói.

Nguyễn Bình Duy theo Phys.org