Cách thực vật sử dụng các lỗ mở hình chiếc muỗng để phát tán phấn hoa hiệu quả

Những phát hiện mới này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu cũng như sự sụt giảm về số lượng và sự đa dạng của loài ong.

Có khoảng 30.000 loài thực vật có hoa sở hữu loại "bao phấn có lỗ" (poricidal anthers), nơi hạt phấn chỉ được giải phóng khi ong tạo ra các rung động cơ học tác động lên chúng. Trong một nghiên cứu mới được công bố gần đây trên tạp chí Nature Communications, một nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Thực vật học và Nghiên cứu Đa dạng Sinh học của Đại học Vienna đã phát hiện ra rằng hình dạng lỗ mở trên bao phấn quyết định cách thức hạt phấn được giải phóng. Các nhà khoa học nhận thấy rằng những bao phấn có cấu trúc dạng cái muỗng (hoặc máng) bao quanh lỗ mở sẽ phun hạt phấn ra ngoài theo luồng hẹp và có định hướng chính xác hơn so với loại bao phấn không có cấu trúc này (vốn thường phát tán hạt phấn thành những đám mây rộng). Hơn nữa, các bao phấn có cấu trúc dạng gàu còn giải phóng hạt phấn với tốc độ nhanh hơn. Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy rằng hiệu quả hoạt động của các lỗ mở dạng muỗng chịu ảnh hưởng bởi đặc tính cụ thể của rung động được áp dụng. Những phát hiện này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh các hiện tượng nhiệt độ khắc nghiệt xảy ra thường xuyên hơn – làm thay đổi đặc tính rung động của hoa – cũng như tình trạng suy giảm về số lượng và sự đa dạng của loài ong.

Ong là loài thụ phấn quan trọng nhất đối với thực vật có hoa, và khoảng 10% các loài thực vật có hoa chuyên biệt về cơ chế "thụ phấn nhờ rung động" (buzz-pollination). Đây là cơ chế mà hạt phấn chỉ có thể được lấy ra khỏi hoa thông qua việc tác động các rung động cơ học. Nhiều loại cây trồng quan trọng như cà chua, cà tím hay việt quất đều thụ phấn theo cơ chế này vì chúng chứa hạt phấn bên trong các bao phấn có lỗ – một cấu trúc hoa chỉ có một lỗ mở rất nhỏ, và hạt phấn chỉ thoát ra khỏi lỗ này khi có rung động cơ học tác động.

Cụ thể, khi so sánh hơn 500 loài thực vật, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng các lỗ mở này hoặc có cấu trúc dạng thìa (gọi là "scoop" – muỗng/thìa xúc), hoặc không có cấu trúc đó. Ví dụ, cà chua không có cấu trúc này, trong khi bao phấn của các loài thuộc họ thực vật nhiệt đới lớn Melastomataceae thường có chúng.

Các loài thực vật có cấu trúc dạng muỗng/thìa ở bao phấn sẽ giải phóng hạt phấn theo những luồng hẹp và có định hướng chính xác hơn.

Nghiên cứu sinh Benjamin Lazarus từ Đại học Vienna đã tiến hành thử nghiệm để xác định xem liệu cấu trúc "dạng thìa" này có chức năng cụ thể nào không – và kết quả cho thấy là có. Lazarus đã tác động rung động cơ học lên từng bao phấn riêng lẻ để mô phỏng rung động do ong tạo ra, bằng cách đặt nhị hoa vào một thiết bị tạo rung nhân tạo được thiết kế chuyên biệt. Sau đó, ông sử dụng máy quay tốc độ cao để ghi lại hình ảnh các đám mây hạt phấn được giải phóng từ các loại bao phấn khác nhau, đồng thời phân tích góc tán xạ và tốc độ di chuyển của chúng trong không khí. Lazarus nhận thấy rằng các bao phấn có cấu trúc dạng thìa giải phóng hạt phấn theo luồng hẹp và có định hướng hơn so với những bao phấn không có cấu trúc này (vốn thường làm hạt phấn tán xạ thành những đám mây rộng). Ngoài ra, các bao phấn có cấu trúc dạng thìa còn giải phóng hạt phấn với tốc độ nhanh hơn.

Hình 1: Ong đang tạo rung động lên các nhị hoa có lỗ mở của loài *Pleroma* (họ Melastomataceae); các hạt phấn hiện rõ như lớp bụi trắng trên những cánh hoa màu hồng nằm ngay dưới con ong.

"Những phát hiện mới của chúng tôi mang ý nghĩa quan trọng đối với cơ chế thụ phấn nhờ rung động (buzz-pollination)", Agnes Dellinger, trưởng nhóm nghiên cứu từ Đại học Vienna, cho biết. Việc giải phóng hạt phấn theo luồng hẹp có thể giúp thực vật nhắm vào các vị trí cụ thể trên cơ thể ong và đặt hạt phấn một cách có kiểm soát hơn. "Độ chính xác trong việc đặt hạt phấn rất quan trọng đối với thực vật vì nó giúp tăng tỷ lệ thụ phấn thành công, đồng thời cho phép thực vật đặt hạt phấn vào những 'vị trí an toàn' nơi ong không thể tự chải và thu gom chúng khỏi cơ thể. Bên cạnh đó, tốc độ giải phóng hạt phấn nhanh hơn có thể giúp thực vật bắn hạt phấn đi xa hơn và bám sâu hơn vào lớp lông của ong, qua đó tiếp tục giảm thiểu sự thất thoát hạt phấn", Dellinger giải thích.

Hoạt động của lỗ thoát phấn hình chiếc muỗng phụ thuộc vào tần số rung.

Nhóm nghiên cứu còn phát hiện ra rằng hiệu quả hoạt động của các lỗ thoát phấn hình chiếc muỗng chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi đặc tính cụ thể của rung động được tác động: trong khi quá trình giải phóng phấn hoa có chủ đích diễn ra theo chu kỳ hoàn toàn khớp với các tần số rung 300 Hz và 400 Hz, thì quá trình này lại trở nên "lộn xộn" và thiếu trật tự ở các tần số thấp khoảng 200 Hz. Việc xác định được mối liên hệ giữa hoạt động của lỗ thoát phấn hình chiếc muỗng và tần số rung là rất quan trọng, bởi lẽ các loài ong khác nhau thường tạo ra rung động ở những tần số khác nhau khi tác động lên hoa; điều này đồng nghĩa với việc một số loài ong có thể lấy được lượng phấn hoa nhiều hơn so với các loài khác.

Hình 2: Thiết lập thí nghiệm áp dụng rung động mô phỏng rung động của ong lên từng nhị hoa riêng lẻ để kiểm tra chức năng của lỗ mở hình lòng máng. Thiết bị cầm tay đếm hạt cho phép đếm ngay lập tức các hạt phấn hoa được giải phóng.

Hơn nữa, các nghiên cứu gần đây từ những nhóm nghiên cứu khác cho thấy tần số rung có thể phụ thuộc vào nhiệt độ; cụ thể là ong thường rung hoa ở tần số cao hơn khi nhiệt độ môi trường tăng cao. Việc phát hiện ra rằng cơ chế giải phóng phấn hoa ở các loài hoa thụ phấn nhờ rung động (buzz-pollination) chịu ảnh hưởng bởi các đặc tính rung động là điều đặc biệt quan trọng, nhất là trong bối cảnh các hiện tượng thời tiết cực đoan về nhiệt độ ngày càng gia tăng, cùng với sự sụt giảm về số lượng và sự đa dạng của loài ong.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học Vienna.