Nhờ đâu thực vật biết được hướng "đỉnh" và "đáy" để xác định hướng phát triển?

Các nhà khoa học Pháp đã phát hiện ra rằng có các động cơ cấp phân tử ở các hạt trong các tế bào thực vật, cho phép thực vật cảm thấy độ nghiêng và trọng lực để xác định hướng phát triển.

Theo bài viết được đăng trên tạp chí PNAS, các nhà khoa học Pháp đã giải thích các hành vi bất thường của các hạt trong các tế bào thực vật, cho phép chúng cảm thấy độ nghiêng và trọng lực. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng có các động cơ ở cấp phân tử giúp các hạt đó di chuyển.

Các phần hạt sỏi thăng bằng statolith trong cây lúa mì - (Ảnh: tạp chí PNAS).

Ở nhiều loài động vật (bao gồm cả con người), cảm giác cân bằng được đảm bảo bởi tai trong, nơi có sỏi tai (thạch nhĩ). Khi chúng ta nghiêng người, di chuyển sỏi tai dưới ảnh hưởng của trọng lực kích thích các sợi lông nhạy cảm và chúng ta cảm thấy rằng vị trí của cơ thể chúng ta đã thay đổi. Điều này là cần thiết để con người di chuyển bình thường. Mặc dù thực vật không di chuyển nhưng chúng vẫn cần cảm nhận lực hấp dẫn để xác định đâu là "đỉnh" và "đáy" và chọn hướng tăng trưởng. Và để thực hiện điều này, thực vật có cái gọi là sỏi thăng bằng (statolith trong tế bào thực vật), đó là các hạt đặc của vật chất trong các tế bào đặc biệt. Sỏi thăng bằng statolith lắng đọng dưới ảnh hưởng của trọng lực và nhờ chúng mà các cơ quan của thực vật có thể xác định hướng mà chúng cần phát triển.

Tuy nhiên, trong một thời gian dài, khoa học đã không thể hiểu được những gì cho phép thực vật cảm nhận được chính xác những thay đổi về trọng lực và độ nghiêng. Một nhúm hạt hoặc các hạt là một công cụ không chính xác để đo độ nghiêng, vì sự tương tác giữa các hạt và ma sát sẽ làm cho hệ thống trở nên không hiệu quả. Các nhà sinh học Pháp đã khám phá ra bí quyết này. Đầu tiên họ theo dõi chuyển động của từng hạt sỏi thăng bằng statolite để phản ứng với độ nghiêng và thấy rằng các hạt hoạt động khá khác so với hệ hạt. Chúng chảy từ nơi này sang nơi khác bất kể góc nghiêng như thế nào như chất lỏng.

Nhưng điều gì làm cho các hạt sỏi thăng bằng hoạt động như một chất lỏng và không kết dính với nhau? Để trả lời câu hỏi này, các nhà khoa học đã mô phỏng toàn bộ hệ thống với kích thước như thật trong các tế bào nhân tạo có đưa các các hạt vi mô vào. So sánh hành vi của mô hình của chúng với với các hạt sỏi thăng bằng statolith trong tế bào sống, các nhà sinh vật Pháp kết luận rằng tính lưu động của khối các hạt phát sinh từ các chuyển động của từng hạt riêng lẻ. Sở dĩ các hạt không dính và không gắn với mỗi hạt statolith khác là có các động cơ phân tử hoạt động liên tục khiến chúng di chuyển.

Các nhà khoa học có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu và hiểu cách thức thực vật cảm thấy sự chuyển động của các hạt sỏi thăng bằng statolith.