Một nghiên cứu đã tiết lộ rằng những chuyển động thất thường của hoa hướng dương giúp nó xác định vị trí của ánh sáng mặt trời, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về hành vi của thực vật và những lợi ích nông nghiệp tiềm năng.

Trong một nghiên cứu mới, các nhà vật lý từ Hoa Kỳ và Israel có thể đã thành công trong việc đưa ra lời giải thích cho một hành vi kỳ lạ trong quá trình phát triển của thực vật, một bí ẩn khiến chính Charles Darwin bối rối trong những thập kỷ cuối đời.

Đối với nhiều người, thực vật có vẻ tĩnh lặng và thậm chí hơi buồn tẻ. Nhưng thứ màu xanh lá cây thực sự di chuyển rất nhiều. Ví dụ: nếu bạn xem một đoạn video tua nhanh về một cây hướng dương mọc lên từ đất, nó sẽ không mọc thẳng lên. Thay vào đó, khi hoa hướng dương lớn lên, vương miện của nó quay theo vòng tròn, xoắn theo hình xoắn ốc và nói chung là quằn quại – mặc dù rất chậm.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Orit Peleg thuộc Đại học Colorado Boulder và Yasmin Miroz thuộc Đại học Tel Aviv đã phát hiện ra vai trò của những chuyển động hỗn loạn này, còn được gọi là “sự quay”. Trong các thí nghiệm trong nhà kính và mô phỏng trên máy tính, nhóm đã chỉ ra rằng hoa hướng dương được hưởng lợi từ việc xoay vòng để tìm kiếm những mảng ánh sáng mặt trời trong môi trường xung quanh.

Peleg, một trong những tác giả của nghiên cứu và là phó giáo sư tại Viện BioFrontiers và Khoa Máy tính, cho biết: “Rất nhiều người không thực sự tính đến chuyển động của thực vật, bởi vì con người chúng ta thường nhìn thực vật ở tốc độ khung hình sai”. Khoa học.

Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả của mình vào ngày 15 tháng 8 trên tạp chí Đánh giá vật lý X.

Những phát hiện này một ngày nào đó có thể giúp nông dân đưa ra các chiến lược mới để trồng nhiều loại cây trồng theo cách hiệu quả hơn.

Chantal Nguyen, tác giả chính và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại BioFrontiers cho biết: “Nhóm của chúng tôi thực hiện rất nhiều công việc về tương tác xã hội trong đàn côn trùng và các nhóm động vật khác.

“Nhưng nghiên cứu này đặc biệt thú vị vì chúng tôi thấy động lực tương tự ở thực vật. Chúng có rễ trong lòng đất.”

Sự lựa chọn của Darwin

Nguyễn cho biết thêm, thực vật thường không di chuyển như động vật mà thay vào đó di chuyển bằng cách phát triển theo các hướng khác nhau theo thời gian. Hiện tượng này đã mê hoặc Darwin rất lâu sau khi ông trở về sau chuyến hành trình trên tàu chiến Beagle. Theo ghi chép lịch sử.

Vào những năm 1860, Darwin, lúc đó đang mắc một loạt bệnh khiến khả năng di chuyển của ông bị hạn chế, đã dành nhiều ngày để quan sát thực vật trong nhà của mình. Anh ấy gieo hạt dưa chuột và các loại cây khác. Phân loạiSau đó, họ theo dõi cách vương miện của họ di chuyển hàng ngày – và các bản đồ thu được trông ngẫu nhiên và điên rồ.

“Tôi cảm thấy rất thích thú với những lọn tóc xoăn của mình – đó chỉ là kiểu phiền phức phù hợp với tôi thôi.” Ông viết thư cho một người bạn vào năm 1863.

Dù Darwin có thích thú hay không thì ông cũng không thể giải thích được tại sao một số sợi tóc của mình lại bị xoắn lại.

Đó là một bí ẩn cũng khiến Meroz, một nhà vật lý được đào tạo bài bản, bối rối. Một nghiên cứu được thực hiện vào năm 2017 Nghiên cứu này đã chỉ cho cô đi đúng hướng. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học do Đại học Buenos Aires dẫn đầu đã trồng những hàng hoa hướng dương trong điều kiện chật chội. Họ phát hiện ra rằng thực vật tự sắp xếp một cách tự nhiên và nhất quán theo hình zíc zắc, gần giống như răng của dây kéo. Sự sắp xếp này có thể giúp thực vật tối đa hóa khả năng tiếp cận ánh sáng mặt trời theo nhóm.

Miroz tự hỏi liệu sự rung động của thực vật có thể là động lực thúc đẩy những mô hình như vậy trong quá trình phát triển của thực vật hay không.

Miroz, giáo sư về khoa học thực vật và an ninh lương thực cho biết: “Đối với các loại cây leo, rõ ràng vấn đề là tìm kiếm sự hỗ trợ để bám vào. “Nhưng đối với các loại cây khác, không rõ tại sao nó lại có giá trị”.

Ở đây có mặt trời

Để tìm hiểu, cô và các đồng nghiệp đã trồng những bông hoa hướng dương 5 tuần tuổi thành hàng. Sau đó, giống như Darwin trước đó, họ lập bản đồ cách thực vật di chuyển trong suốt tuần.

Tiếp theo, Nguyễn và Bligh phát triển một chương trình máy tính để phân tích các mô hình chi phối sự phát triển của hoa hướng dương. Các nhà nghiên cứu cũng có thể sử dụng mô phỏng máy tính để xem điều gì sẽ xảy ra nếu hoa hướng dương di chuyển ít hay nhiều – nói cách khác, nếu chúng di chuyển ngẫu nhiên hoặc theo mô hình chậm, ổn định.

Nhóm phát hiện ra rằng nếu các cây kỹ thuật số không hề di chuyển, tất cả chúng sẽ nghiêng ra xa nhau theo một đường thẳng. Ngược lại, nếu di chuyển nhiều, chúng sẽ phát triển theo kiểu ngẫu nhiên. Nhưng nếu chúng di chuyển với mức độ ngẫu nhiên vừa phải, hoa hướng dương sẽ tạo thành hình dạng ngoằn ngoèo đặc biệt, mà ở thực vật thực sự, chúng có khả năng tiếp cận rất nhiều với ánh sáng mặt trời. Nguyễn giải thích, thực vật dường như quay tròn để tìm nơi có ánh sáng tốt nhất và sau đó phát triển theo hướng đó.

Cô nói: “Khi bạn thêm một chút tiếng ồn vào hệ thống, nó cho phép cây khám phá môi trường xung quanh và ổn định các cấu hình cho phép mỗi cây tiếp xúc với ánh sáng tối đa. Điều đó dẫn đến mô hình ngoằn ngoèo tuyệt đẹp mà chúng ta thấy” .

Trong các thí nghiệm trong tương lai, các nhà nghiên cứu sẽ kiểm tra xem hoa hướng dương phát triển như thế nào trong những cách sắp xếp phức tạp hơn. Về phần mình, Miroz rất vui khi thấy thực vật được đánh giá cao về khả năng di chuyển và ảnh hưởng của chúng.

Cô nói: “Nếu tất cả chúng ta đều sống trong cùng một quy mô thời gian với thực vật, bạn có thể đi bộ xuống phố và nhìn thấy chúng di chuyển”. “Có lẽ tất cả chúng ta đều nuôi thực vật làm thú cưng.”

Tham khảo: “Những vòng tròn ồn ào tạo điều kiện cho hoa hướng dương tự điều chỉnh bóng tránh” ​​của Chantal Nguyen, Imre Dromi, Ahron Kempinski, Gabriela E. C. Gall, Orit Peleg và Yasmin Meroz, ngày 15 tháng 8 năm 2024, Đánh giá thể chất X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.031027