Darwin đã đúng: Loài hoa núi cao *Saxifraga candelabrum* là cây ăn thịt

Giả thuyết 150 năm của Darwin đã được chứng minh như thế nào

Trong cuốn sách Cây ăn sâu bọ (Insectivorous Plants) xuất bản năm 1875, Charles Darwin đề xuất rằng hai loài châu Âu thuộc chi Saxifraga có thể bẫy và sử dụng côn trùng, dựa trên những chiếc lá dính, phủ đầy lông của chúng . Vào thời điểm đó, Darwin thiếu các công cụ để chứng minh linh cảm của mình. “Giả thuyết của Darwin đã cung cấp một nguồn cảm hứng quan trọng,” đồng tác giả nghiên cứu Douglas Soltis, giáo sư sinh học danh dự, nói với Live Science . Nghiên cứu mới—do các nhà nghiên cứu từ Viện Thực vật Côn Minh, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và các tổ chức Hoa Kỳ dẫn đầu—cuối cùng đã cung cấp bằng chứng xác thực mà Darwin không thể có được .

Các nhà nghiên cứu tập trung vào S. candelabrum, một họ hàng gần của loài mà Darwin đã kiểm tra ban đầu. Loài cây này mọc ở độ cao từ 2.500 đến 3.300 mét trên Cao nguyên Thanh Tạng và dãy núi Hoành Đoạn ở các tỉnh Vân Nam và Tứ Xuyên, Trung Quốc . Các cuộc khảo sát thực địa cho thấy côn trùng bị mắc kẹt trên các lông tuyến dính của 43 trong số 45 mẫu vật được kiểm tra . Các cây trưởng thành bẫy trung bình 71 con côn trùng mỗi cây .

Cơ chế bẫy: Bẫy giấy ruồi

Thân và cành của S. candelabrum được bao phủ bởi các trichomes tuyến—cấu trúc siêu nhỏ giống như sợi lông tiết ra một chất nhầy dính . Điều này tạo ra một cái bẫy giấy ruồi hiệu quả cho côn trùng nhỏ, chủ yếu là muỗi không đốt (ruồi nhỏ thuộc bộ Diptera) . Cây cũng dụ mồi bằng mùi hương, thu hút côn trùng đến các bề mặt dính trước khi chúng bị mắc kẹt .

Tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng: Được xác nhận bằng kỹ thuật hiện đại

Khi con mồi bị mắc bẫy, S. candelabrum tiết ra các enzyme tiêu hóa, bao gồm protease (cụ thể là enzyme phosphatase), để phân hủy cơ thể côn trùng . Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một xét nghiệm dựa trên huỳnh quang để phát hiện hoạt động phosphatase trên các lông tuyến, xác nhận khả năng tiêu hóa con mồi của cây .

Để chứng minh sự hấp thụ chất dinh dưỡng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm cho ăn đồng vị bền. Họ cho cây ăn ruồi giấm Drosophila được đánh dấu bằng nitơ-15 (¹⁵N) và sau đó đo hàm lượng nitơ trong các mô thực vật. “Các tác giả quan sát thấy sự gia tăng đáng kể hàm lượng nitơ đánh dấu trong các mô của cây,” xác nhận rằng cây đã hấp thụ nitơ từ con mồi của nó . Sự làm giàu tương tự không xảy ra ở các cây đối chứng không ăn thịt .

Phân tích phiên mã và bộ gen cũng xác nhận thêm khả năng ăn thịt. Nhóm nghiên cứu đã tập hợp một bộ gen ở cấp độ nhiễm sắc thể của S. candelabrum và so sánh nó với các cây ăn thịt đã biết như cây gọng vó (Drosera) và cây nắp ấm (Nepenthes). Họ phát hiện ra rằng các gen mã hóa enzyme protease tiêu hóa được biểu hiện tích cực trong các trichomes tuyến, chứng minh cây sở hữu bộ máy di truyền đầy đủ cho quá trình ăn thịt .

Cách cây bảo vệ các loài thụ phấn của nó

Các cây ăn thịt phải đối mặt với một xung đột cố hữu: chúng cần bẫy côn trùng để lấy chất dinh dưỡng, nhưng cũng dựa vào côn trùng thụ phấn để sinh sản. S. candelabrum giải quyết vấn đề nan giải này thông qua sự phân tách không gian và thị giác thông minh .

Hoa trắng của cây được giữ trên các thân dính bằng cuống dài, tạo ra một rào cản vật lý giữa khu vực bẫy và khu vực hoa . Các lông tuyến dính chỉ nằm trên thân sinh dưỡng, không nằm trên hoa hoặc cuống hoa . Sự phân tách thị giác này—hoa trắng ở trên, thân dính ở dưới—giúp đảm bảo rằng các loài thụ phấn ghé thăm không bị mắc bẫy .

Thiết kế này phù hợp với nghiên cứu trên các cây ăn thịt khác, chẳng hạn như cây gọng vó, nơi màu hoa trắng và sự phân tách không gian giữa hoa và bẫy giúp giảm thiểu việc mắc bẫy các loài thụ phấn .

Hàm ý rộng hơn: Nhiều cây 'dính' có thể là loài ăn thịt bí mật

Việc phát hiện ra khả năng ăn thịt ở S. candelabrum mang những hàm ý sâu sắc cho thực vật học. Loài cây này đại diện cho một dòng dõi ăn thịt mới, tiến hóa độc lập—cây ăn thịt đầu tiên được xác nhận trong toàn bộ bộ thực vật Saxifragales và họ Saxifragaceae .

Nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng đây có thể chỉ là phần nổi của tảng băng chìm. “Những phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng nhiều loài thực vật khác có lông tuyến dính, trước đây bị coi là đơn thuần có tính kết dính hoặc bảo vệ, có thể là những loài ăn thịt chưa được phát hiện,” các tác giả tuyên bố . Họ lưu ý rằng số lượng thực tế các loài cây ăn thịt có thể bị đánh giá thấp đáng kể . “Điều này cho chúng tôi biết rằng có thể có những cây ăn thịt không được công nhận hoặc những cây có đặc điểm ăn thịt một phần trong tự nhiên,” nhóm nghiên cứu giải thích .

Những điểm chính

• Darwin đưa ra giả thuyết vào năm 1875; phải mất 151 năm mới có bằng chứng xác thực .
• Saxifraga candelabrum là cây ăn thịt đầu tiên được xác nhận trong họ Saxifragaceae .
• Cây sử dụng bẫy giấy ruồi gồm các lông tuyến dính để bắt côn trùng nhỏ .
• Các kỹ thuật hiện đại—cho ăn đồng vị bền (¹⁵N), xét nghiệm enzyme huỳnh quang và phân tích phiên mã/bộ gen—đã xác nhận quá trình tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng .
• Sự phân tách không gian giữa hoa và thân dính giúp bảo vệ các loài thụ phấn .
• Phát hiện này cho thấy nhiều cây “dính” khác có thể là loài ăn thịt chưa được phát hiện .