Giống như nhiều loài thực vật và nấm trong tự nhiên, dương xỉ cũng phát tán bào tử vào không khí để sinh sản. Các túi bào tử hình khuyên tạo thành hàng gồm khoảng một tá các tế bào, nằm ở mặt dưới của lá và là nơi phân tán các bào tử cực kỳ có hiệu quả. Một nhóm người Mỹ - Pháp do Xavier Noblin từ LPMC¹ và Jacques Dumais từ Đại học Harvard đứng đầu đã nghiên cứu cơ chế cơ bản của hệ thống phát tán bào tử tự nhiên này. "Khoảng ít nhất một thế kỷ trước, chúng ta đã biết cơ chế này hoạt động theo các nguyên tắc vật lý của hệ thống phát tán". Noblin giải thích: "Nhưng nghiên cứu ² của chúng tôi cho thấy dương xỉ không sử dụng thanh ngang để ngăn cản sự chuyển động của cánh tay giữa, vì vậy nó đảm bảo số lượng bào tử khi bay qua không khí”.

Những dấu chấm nhỏ dưới lá cây dương xỉ là cụm bọc bào tử, nơi sản xuất ra các bào tử

Sau khi tính toán và phân tích dữ liệu bằng cách sử dụng một máy ảnh tốc độ cao, các nhà nghiên cứu có thể xây dựng lại toàn bộ quá trình phát tán bào tử. Khi các tế bào trong túi bào tử mất nước do quá trình bay hơi, áp lực của việc thất thoát nước tác động lên cấu trúc của túi làm cho nó bị uốn cong. Do đó các túi bào tử căng phồng lên, và sau đó đóng kín hai mô ở thời gian khác nhau để giải phóng bào tử.

Hình ảnh cụm bọc bào tử phóng to

Bức hình đầu tiên chụp lại được hoạt động diễn ra trong vòng vài chục phần triệu giây giống như khi kéo và thả lại chỗ co dãn. Sau đó, nước chảy qua các bức tường của túi bào tử, bức hình thứ hai ghi lại hoạt động trong khoảng thời gian hàng chục mili giây. Lúc  này các hoạt động diễn ra chậm hơn làm dừng chuyển động của túi bào tử, đẩy các bào tử ra ngoài và đi vào không khí.

Đối với các nhà nghiên cứu, việc có được tốc độ đột phá này là do cấu trúc tường của túi bào tử: xốp, các tế bào được bao quanh bởi nước chảy theo hướng này hay hướng khác tùy thuộc vào các chuyển động của túi bào tử. Tuy nhiên, giai đoạn thả lỏng đầu tiên diễn ra rất nhanh để nước không đủ thời gian chảy nhằm xoa dịu áp lực bên trong. Từ đó, nước bắt đầu lan qua các bức tường, những bức tường này có tác dụng làm chậm đáng kể chuyển động. Các hoạt động chậm lại là một điểm dừng cho quá trình đột phá tiếp theo.

Hình ảnh video tốc độ cao mô tả chuyển động mở của các túi bào tử

Những nghiên cứu trên có thể dẫn đến sự phát triển công nghệ mới lấy cảm hứng từ cơ chế sinh học cho việc thiết kế các cảm biến hoặc hệ thống các vi cơ điện tử (MEMS).

01. Laboratoire de physique de la matière condensée (CNRS / Université de Nice).
02. X. Noblin et al., “The Fern Sporangium: A Unique Catapult,” Science, 2012. 335: 1322.

Mai Lan - VAST, Theo CNRS