Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh
 

Hoa hướng dương di chuyển từ đông sang tây và ngược lại nhờ đồng hồ

Thứ tư - 07/12/2016 02:24
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.

2
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.”
 
Hoa hướng dương đang phát triển bắt đầu một ngày với đầu hướng về phía đông, sau đó di chuyển dần sang phía tây vào buổi chiều, và quay lại phía đông vào ban đêm. Theo Harmer: “Cây dự đoán được thời gian và hướng của mặt trời mọc, và điều đó giống như một lý do kết nối giữa đồng hồ và con đường phát triển,”. Hoạt động này của hoa hướng dương đã được các nhà khoa học mô tả từ những năm 1898, nhưng không ai nghĩ là nó có liên hệ với chu kỳ ngày và đêm. Nhà sinh học thực vật Hagop Atamian, cũng thuộc Đại học California, Davis, cùng với Harmer và Blackman đã thực hiện hàng loạt thí nghiệm như trồng ngoài đồng ruộng, trồng trong chậu để ngoài trời, trồng trong tủ tăng trưởng trong phòng thể nghiên cứu hoạt động này.
3
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.
 
Tại sao hoa hướng dương trưởng thành lại quay về hướng đông? Những nhà nghiên cứu đã trồng hoa hướng dương trong các chậu đặt ngoài đồng, và xoay một số cây sang hướng tây. Bằng cách theo dõi hoa với một máy quay hồng ngoại, họ nhận thấy những cây xoay về hướng dông được làm ấm nhanh hơn vào buổi sáng và cũng thu hút côn trùng thụ phấn nhiều hơn năm lần. Việc làm ấm các hoa quay về hướng tây bằng máy cũng thu hút nhiều tác nhân thụ phấn hơn đến với hoa. Có lẻ  “Ong thích hoa ấm”, Harmer nói.

Tác giả bài viết: KS. Đoàn Hữu Cường

Nguồn tin: phys.org

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Dịch Vụ - Chuyển Giao
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây