Hoa hướng dương di chuyển từ đông sang tây và ngược lại nhờ đồng hồ
- Thứ tư - 07/12/2016 14:24
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Vào mùa hè, những cánh đồng ở Yolo County, Calif… tràn ngập cây hoa hướng dương quay về hướng mặt trời đang chiếu sáng. Gần Đại học California, Davis, các nhà thực vật học đã phát hiện, cây hoa hướng dương sử dụng một loại “đồng hồ” đặc biệt, hoạt động dựa vào các hormone, để di chuyển theo mặt trời khi chúng sinh trưởng.
| Vào mùa hè, những cánh đồng ở Yolo County, Califonia tràn ngập hoa hướng dương quay về hướng mặt trời đang chiếu sáng. Và ở gần đó, tại đại học California, Davis, các nhà sinh học thực vật đã phát hiện ra cách hoa hướng dương sử dụng “đồng hồ” sinh học nội sinh của chúng, hoạt động dựa vào các hormone, để di chuyển theo mặt trời khi chúng phát triển. |
| Khi trưởng thành, hoa hướng dương không di chuyển theo mặt trời nữa mà chỉ hướng về phía đông (Ảnh: Ben Blackman). |
| “Đây là ví dụ đầu tiên về đồng hồ điều khiển tăng trưởng của cây trong môi trường tự nhiên, và thực sự có ảnh hưởng đối với thực vật,” Stacey Harmer, một nhà sinh học thực vật ở Đại học California, Davis và là tác giả chính của bài báo đăng trên tạp chí Science, cho biết. Harmer là một nhà sinh học phân tử nghiên cứu về đồng hồ sinh học, chủ yếu trên Arabidopsis, một loại cây nhỏ hơn hướng dương. Trước đó, Harmer đã khám phá ra mối liên hệ giữa gen điều khiển “đồng hồ” và hóc môn sinh trưởng thực vật auxin. Harmer và cộng sự Benjamin Blackman ở Đại học California, Berkeley cần tìm thêm một ví dụ nữa về đồng hồ sinh học, và họ đã tìm thấy nó ở hoa hướng dương. Nghiên cứu này được tài trợ bởi Chương trình Nghiên cứu Bộ gen Thực vật của Quỹ Khoa học Quốc gia. “Giống như con người, các loài thực vật cũng dựa vào chu kỳ ngày và đêm để hoạt động,” giám đốc chương trình, Anne Sylvester cho biết. “Hoa hướng dương, giống như các tấm năng lượng mặt trời, hướng theo mặt trời từ đông sang tây. Các nhà nghiên cứu đã khai thác thông tin trong bộ gen của hoa hướng dương để hiểu bằng cách nào và tại sao loại hoa này hướng về phía mặt trời.” |
Ảnh hồng ngoại của một hoa hướng dương trưởng thành (Ảnh: Evan Brown).
| Khi cột cây lại để chúng không thể di chuyển, hay xoay chậu cây hằng ngày để làm cho chúng xác định sai hướng mặt trời, các nhà khoa học đã cho thấy họ có thể phá vỡ khả năng hướng mặt trời của hoa hướng dương. Các cây trong thí nghiệm cũng bị giảm diện tích lá và sinh khối so với những cây bình thường. Harmer cho biết thêm, khi di chuyển các cây này vào trong tủ tăng trưởng với ánh sáng không di chuyển, chúng tiếp tục xoay ra hai phía sau và trước trong một vài ngày. Điều này xảy ra là do cơ chế được điều khiển bởi một đồng hồ sinh học nội sinh. Cuối cùng, những cây này lại tiếp tục di chuyển theo ánh sáng khi có nguồn ánh sáng di chuyển và được điều khiển tắt, mở luân phiên trong ngày. Chúng thể di chuyển theo ánh sáng và quay trở lại vào ban đêm khi ngày nhân tạo có chu kỳ gần với chu kỳ 24 giờ, nhưng điều này không xảy ra khi chu kỳ ngày tiến đến 30 giờ. Vậy, những cây này di chuyển thân của chúng trong ngày bằng cách nào? Atamian đã đánh dấu thân cây bằng các chấm mực và theo dõi các dấu chấm này bằng một máy quay phim. Trong đoạn phim, Atamian có thể đo được khoảng cách đang thay đổi giữa các chấm mực. Atamian nhận thấy, khi cây đang di chuyển theo mặt trời, mặt thân phía đông của thân cây tăng trưởng nhanh hơn so với mặt thân phía tây. Vào ban đêm, mặt thân phía tây tăng trưởng nhanh hơn để thân cây quay về hướng đông. Nhóm nghiên cứu cũng đã xác định được một số gen được biểu hiện ở mức độ cao hơn ở mặt thân cây hướng về mặt trời vào ban ngày hay ở phần thân còn lại vào ban đêm. Harmer cho rằng dường như có hai cơ chế tăng trưởng hoạt động ở thân hoa hướng dương. Cơ chế đầu tiên thiết lập một tốc độ tăng trưởng cơ bản cho cây dựa vào ánh sáng hữu hiệu. Cơ chế thứ hai, được điều khiển đồng hồ sinh học và bị ảnh hưởng bởi hướng của ánh sáng, làm cho thân cây ở một hướng tăng trưởng mạnh hơn hướng còn lại, và do đó làm cho nó di chuyển dần từ đông sang tây. Khi hoa hướng dương trưởng thành và nở ra, toàn bộ sự tăng trưởng chậm lại, cây ngừng di chuyển trong ngày và hướng về phía đông. Điều này có thể do đồng hồ sinh học đảm bảo cho cây phản ứng mạnh hơn với ánh sáng của buổi sáng so với buổi chiều hay buổi tối, vì vậy nó dần dần dừng di chuyển về hướng tây trong ngày. |