Trong những khu rừng nhiệt đới um tùm đầy cạm bẫy, một hạt giống có thể nảy mầm và phát triển thành một cái cây khỏe mạnh là một công trình không hề dễ dàng. Chúng phải đối mặt với sự đe dọa của vô số động vật và vi sinh vật trong nền rừng ẩm thấp. Những hạt giống nhỏ bé ấy đã làm như thế nào? Việc tìm hiểu chiến thuật sinh tồn của những hạt giống này hứa hẹn mở ra giải pháp cho vấn đề an ninh lương thực – vấn đề đang làm đau đầu nhiều quốc gia trên thế giới.
Các hạt giống sống lâu đời nhất được tìm thấy trên Trái đất đã nảy mầm sau khi “nghỉ ngơi” hơn 30.000 năm ở vùng đất Bắc Cực lạnh giá. Nhưng ở vùng nhiệt đới ẩm, hạt giống không thể tồn tại quá lâu.
Ông Camilo Zalamea, tiến sĩ tại Viện Nghiên cứu nhiệt đới Smithsonian cho biết: “Một hạt giống ở vùng nhiệt đới cùng lắm là tồn tại được qua vài thập kỷ. Khoảng thời gian này không dài lắm, nhưng lại rất quan trọng để tái thiết lại rừng cây sau nạn phá rừng, và giúp đảm bảo được sự tồn tại của các loài “.
Tại vùng nhiệt đới, một khu rừng nếu muốn tái thiết sau khi bị chặt phá, khai thác gỗ, lũ lụt, hạn hán hay hỏa hoạn, thì mỗi hạt giống đều cần cần phải vượt qua hai thách thức:
1) Sống sót cho đến khi gặp điều kiện thích hợp cho nảy mầm và phát triển.
2) Không bị động vật ăn, hoặc bị phân hủy bởi vi khuẩn trong đất.
Giáo sư tại Đại học Illinois (Mỹ), Jim Dalling cho biết: “Đây là lần đầu tiên chúng tôi nghiên cứu mối liên hệ giữa tình trạng ngủ đông của hạt giống (những đặc điểm giúp một hạt giống có thể chờ cho tới khi gặp điều kiện môi trường thích hợp để nảy mầm) và cơ chế phòng thủ của hạt (những đặc điểm của hạt giúp nó tránh bị ăn hoặc hư hỏng)”.
Ông Zalamea cho biết, nhìn chung, có ba chiến lược giúp các hạt giống tồn tại: “Ví dụ, một số hạt giống có thể tự bảo vệ mình bằng cách tạo ra một lớp vỏ cứng bên ngoài để ngăn cản động vật hoặc vi sinh vật tiếp cận các mô sống bên trong. Một số hạt khác tồn tại vì chúng có thể sản xuất các hợp chất hóa học để ngăn chặn kẻ thù và mầm bệnh. Còn đối với một số hạt có đời sống ngắn ngủi, thì chúng đầu tư rất ít vào phòng thủ vật lý hay hóa học, nhưng có thể được bảo vệ bởi vi khuẩn đặc biệt mà chúng lựa chọn từ đất.”
Bảo vệ hạt giống là một “công trình tốn kém”, đòi hỏi sự đầu tư rất lớn từ cây mẹ. Đối với 16 loài cây tiên phong phổ biến nhất tại Panama, nhóm nghiên cứu đã đánh giá cơ chế phòng thủ vật lý của hạt giống bằng cách đặt các câu hỏi:
- Lớp vỏ ngoài của hạt có dày không? Có khó phá vỡ không?
- Nước có dễ thẩm thấu qua vỏ hạt không?
- Hạt nặng bao nhiêu?
Họ cũng đánh giá cơ chế phòng thủ hóa học của hạt giống, bằng cách xem xét sự hiện diện và sự phong phú của các loại hóa chất bảo vệ, hoặc kiểm tra độc tính của hạt.
Giáo sư Betsy Arnold đến từ trường Đại học Arizona cho biết: “Chúng tôi thấy rằng việc một hạt giống đầu tư bao nhiêu để bảo vệ bản thân sẽ liên quan trực tiếp đến thời gian nó có thể tồn tại trong đất. Ví dụ, hạt có thể sống sót thời gian dài trong đất phụ thuộc nhiều vào đặc điểm phòng thủ hóa học, trong khi các loại hạt dựa nhiều hơn vào phòng thủ vật lý thì không sống sót lâu bằng. Vì vậy, công trình này sẽ giúp tìm ra “bí quyết” để hạt giống có thể tồn tại trong đất từ nhiều tháng đến nhiều năm tại các khu rừng nhiệt đới”.
Hiểu được cách các hạt giống “đương đầu” với sâu bọ và bệnh tật có ý nghĩa rất lớn trong cuộc sống. Các căn bệnh của những loại lương thực chủ yếu (gạo, lúa mì và ngô) đã làm cho nền nông nghiệp toàn cầu hao tổn hàng tỷ đô la mỗi năm do sản lượng bị mất mát, thậm chí làm dấy lên mối đe dọa đáng kể đối với an ninh lương thực toàn cầu.
Một vấn đề quan trọng như vậy, mà chúng ta vẫn còn hiểu biết rất ít về cách thức thực vật bảo vệ hạt giống, chống lại kẻ thù, cơ chế phòng thủ của hạt, hay các đặc tính tương tự khác.
Adam Davis, một nhà khoa học tại Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ cho biết: “Chúng tôi thấy rằng hạt giống của những cây tiên phong nhiệt đới bảo vệ bản thân bằng ba chiến thuật khác nhau, chúng tôi hy vọng rằng phát hiện này có thể giúp nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp và quản lý cỏ dại, khôi phục thảm thực vật tự nhiên, và góp phần tăng thêm hiểu biết của chúng ta về các loại thực vật”.
Ngọc Thuần