Loài cây sống hàng ngàn năm tại các sa mạc khô cằn

Người ta vừa khám phá ra bí mật di truyền của một loài thực vật "không thể chết".

Theo Nytimes, sự khác biệt trong bộ gen của Welwitschia đã mang lại cho nó khả năng tồn tại trong một sa mạc khô cằn hàng nghìn năm.

Những chiếc lá sống lâu nhất trong vương quốc thực vật chỉ có thể được tìm thấy ở sa mạc khắc nghiệt, khô cằn vượt qua ranh giới giữa miền nam Angola và miền bắc Namibia.

Tất nhiên, sa mạc không phải là nơi thuận lợi nhất để sinh vật phát triển, chứ đừng nói đến cây xanh tươi tốt, nhưng sa mạc Namib – sa mạc lâu đời nhất thế giới với lượng mưa ít hơn 2 inch mỗi năm - là nơi Welwitschia sinh sống.

Trong tiếng Afrikaans, loài cây này được đặt tên là "tweeblaarkanniedood", có nghĩa là "hai chiếc lá không thể chết". Cách đặt tên rất phù hợp: Welwitschia chỉ mọc hai lá và tồn tại qua hàng thiên niên kỷ.

Andrew Leitch, một nhà di truyền học thực vật tại Đại học Queen Mary, London, cho biết: "Hầu hết các loài thực vật đều phát triển một chiếc lá và chỉ có thế thôi. Loài cây này có thể sống hàng nghìn năm và nó không ngừng phát triển. Khi nó ngừng phát triển, nó sẽ chết".

Một số cây lớn nhất được cho là có tuổi thọ hơn 3000 năm, với hai chiếc lá mọc đều đặn kể từ đầu Thời đại đồ sắt, khi bảng chữ cái Phoenicia được phát minh và David lên ngôi Vua của Israel.

Welwitschia không có nhiều thứ để nhìn ngắm. Hai chiếc lá xơ xác của nó, bị gió sa mạc khô cằn và những con vật dùng làm thức ăn nên trở nên vụn và quăn lại theo thời gian. Nó khiến Welwitschia trông giống như một con bạch tuộc.

Kể từ khi được phát hiện lần đầu tiên, Welwitschia đã thu hút sự chú ý của các nhà sinh vật học bao gồm Charles Darwin và nhà thực vật học Friedrich Welwitsch, người đã đặt tên cho loài cây này. Người ta nói rằng khi Welwitsch lần đầu tiên bắt gặp cây vào năm 1859, "ông ấy không thể làm gì khác ngoài việc quỳ xuống đất và nhìn chằm chằm vào nó".

Trong một nghiên cứu được công bố vào tháng này trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học đã tiết lộ một số bí mật di truyền đằng sau hình dạng độc đáo, tuổi thọ cao và khả năng phục hồi đáng kinh ngạc của Welwitschia.

Jim Leebens-Mack, một nhà sinh vật học thực vật tại Đại học Georgia, không tham gia vào nghiên cứu, cho biết: "nó mang lại cho chúng ta nền tảng để hiểu rõ hơn về cách Welwitschia làm được tất cả những điều điên rồ". Bộ gen Welwitschia cho thấy môi trường xung quanh khô cằn và nghèo dinh dưỡng như thế nào. Và lịch sử di truyền của nó dường như tương ứng với lịch sử môi trường.

Cách đây khoảng 86 triệu năm, sau một sai lầm trong quá trình phân chia tế bào, toàn bộ bộ gen của Welwitschia đã nhân đôi trong thời gian gia tăng khô cằn và hạn hán kéo dài trong khu vực. Đây cũng có thể là thời gian hình thành sac mạc Namib (theo nhà thực vật học Tao Wan). Ông nói rằng "sự khắc nghiệt tột độ" thường liên quan đến những sự kiện sao chép bộ gen như vậy.

Tiến sĩ Leitch, đồng tác giả của nghiên cứu, nói thêm rằng các gen nhân bản cũng được giải phóng khỏi các chức năng ban đầu của chúng, và có khả năng hình thành những chức năng mới.

Tuy nhiên, Tiến sĩ Wan cho rằng việc có nhiều vật liệu di truyền đi kèm với một cái giá phải trả: "Hoạt động cơ bản nhất cho sự sống là sao chép DNA, vì vậy nếu bạn có một bộ gen lớn thì việc duy trì sự sống thực sự tiêu tốn nhiều năng lượng", đặc biệt là trong một môi trường khắc nghiệt như vậy.

Càng tệ hơn, một lượng lớn bộ gen của Welwitschia là các chuỗi DNA tự sao chép "rác" được gọi là retrotransposons. Tiến sĩ Leitch nói: "Bây giờ những thứ đó cần được nhân rộng và sửa chữa".

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một "đợt bùng nổ" hoạt động của các retrotransposon từ một đến hai triệu năm trước, rất có thể là do áp lực nhiệt độ tăng lên. Nhưng để chống lại điều này, bộ gen Welwitschia đã trải qua những thay đổi khiến các chuỗi DNA rác này im lặng, thông qua một quá trình gọi là methyl hóa DNA.

Tiến sĩ Wan cho biết, quá trình này cùng với các lực lượng chọn lọc khác đã giảm đáng kể kích thước và năng lượng để nhân bản DNA của Welwitschia, mang lại cho nó "một bộ gen rất hiệu quả, cần ít năng lượng khi hoạt động".

Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng Welwitschia có những thay đổi di truyền khác ẩn trên lá của nó. Tiến sĩ Wan cho biết một số gen liên quan đến quá trình trao đổi chất hiệu quả, tăng trưởng tế bào và khả năng phục hồi có thể giúp cây tiếp tục phát triển dưới áp lực môi trường khắc nghiệt. Trong một thế giới đang nóng lên, những bài học di truyền mà Welwitschia mang lại có thể giúp con người trồng trọt hiệu quả hơn, sử dụng ít tài nguyên nước hơn.

Tiến sĩ Leebens-Mack nói: "Chúng ta phát hiện ra rằng thực vật có thể sống lâu dài trong môi trường khắc nghiệt nhưng vẫn bảo tồn được DNA và protein của nó. Điều này có thể giúp chúng ta tìm ra gợi ý về những cách thức để cải thiện nông nghiệp".

Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc luôn tò mò, tìm tòi những điều chưa biết. Khi bạn bắt gặp hai chiếc lá mọc trên sa mạc, hãy quỳ xuống và xem xét kỹ hơn vì nó có thể giúp bạn khám phá ra nhiều điều thú vị ẩn sâu bên trong.

Bạch Đằng