Giải mã bộ gen của loài cây có tuổi thọ lên tới 3.000 năm tuổi

Cây bách lan, sống tại sa mạc Namib, châu Phi, đã có mặt trên Trái đất từ thời khủng long. Dưới điều kiện thời tiết khắc nghiệt, những cá thể của loài này vẫn có thể sống tới 3.000 năm tuổi.

Bạch tuộc của sa mạc

Nằm ở miền Nam châu Phi, quốc gia Namibia được bao bọc bởi sa mạc Namib khô cằn. Tuy nhiên, thảm động, thực vật nơi đây vẫn mang những nét ấn tượng riêng biệt. Trong đó, phải kể đến loài cây bách lan (tên tiếng Anh là Welwitschia Mirabilis) có một không hai trên Trái đất.

Nhà thực vật học người Áo, Frederich Welwitsch, là người đầu tiên phát hiện ra loài cây này vào năm 1859. Ước tính, tuổi thọ trung bình của cây bách lan là 500 – 600 năm. Nhưng một số cá thể có thể đã tròn 1.500 hoặc 3.000 năm tuổi.

Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy di tích của cây bách lan từ thời khủng long. Sau này, người ta lấy tên của nhà thực vật học Frederich Welwitsch làm tên gọi cho loài cây đặc biệt này.

Chúng chỉ tồn tại tại sa mạc Namib, thuộc vùng Anglola và không có họ hàng. Bách lan là loài thực vật hạt trần duy nhất trong bộ Welwitschiales, thuộc chi duy nhất Welwitschia, họ Welwitschiaceae và bộ Welwitschiales theo phân loại thực vật hạt trần.

Loài cây này có thể sống hơn 1.000 năm nên được người dân bản địa coi là “hoá thạch sống”. Phát triển trong điều kiện sa mạc khắc nghiệt, cây bách lan có vẻ ngoài gồ ghề.

Nằm trong nhóm cây lùn hoặc cây bụi, bách lan có thân hình nón ngược, chiều cao trung bình là 50cm. Cây cao nhất có thể lên đến 180cm. Sở dĩ cây bách lan có thân hình nón ngược do đầu thân cây không thể vươn lên vì nắng nóng, buộc phần thân phải phát triển theo chiều ngang.

Từ khi sinh ra, bách lan đã chỉ có 2 lá. Trải qua hơn 1.000 năm, 2 chiếc lá này vẫn tiếp tục phát triển, vươn dài sang hai bên. Nhưng thời tiết, môi trường sa mạc khiến đầu lá nhanh chóng héo úa trong khi thân lá xơ xác, bị xé nát thành nhiều mảnh.

Do đó, thân lá xoắn ngược về phía thân cây. Ước tính, nếu không bị khí hậu tàn phá, lá cây bách lan có thể dài tới 14m. Vì vậy, thoạt nhìn, người ta có thể tưởng lầm cây có nhiều lá và được đặt tên là “bạch tuộc của sa mạc”.

Một số giả thuyết cho rằng, những chiếc lá này che mát cho phần đất bên dưới thân cây, làm chậm quá trình bốc hơi nước và bảo vệ hệ thống rễ. Côn trùng và động vật trên sa mạc cũng thường coi đây là nơi ẩn náu hoặc nơi che bóng mát.

Hai mặt lá có lỗ khí khổng, hay còn gọi là lỗ thở, nhằm điều chỉnh quá trình trao đổi khí và thoát hơi nước. Vào ban ngày, lá sẽ giữ lỗ khí đóng để ngăn sự thoát hơi nước. Đến ban đêm, chúng sẽ mở ra để cacbon dioxit xâm nhập và quang hợp. Nước đọng trên lá sẽ lăn xuống thân cây và nhỏ giọt xuống mặt đất để rễ củ hấp thụ.

Đặc biệt, bách lan có thể điều chỉnh sắc tố trên lá. Khi trời nóng, lá sẽ tạo ra nhiều sắc tố đỏ để bảo vệ cây khỏi bức xạ mặt trời. Khi nhiệt độ giảm xuống hoặc khi cây có nhiều nước, lá sẽ hình thành nhiều chất diệp lục, tạo nên sắc tố xanh để quang hợp.

Bách lan là loài cây lưỡng tính. Chúng vừa chứa noãn và hạt phấn, vừa có thể thụ phấn. Giả thuyết cho rằng, loài cây này thụ phấn nhờ bọ cánh cứng hoặc ong bắp cày.


Bộ gen hàng nghìn năm tuổi

Nghiên cứu mới được đăng tải trên tạp chí Nature Communications cho thấy, các nhà khoa học đã khám phá ra một số bí ẩn về gen của loài bách lan. Cụ thể, ông Andrew Leitch, nhà di truyền học thực vật tại Đại học Queen Mary (Anh), đồng tác giả nghiên cứu, chỉ ra bộ gen của bách lan phát triển phù hợp với điều kiện môi trường xung quanh. Đó là kiểu môi trường khô cằn, thiếu chất dinh dưỡng nên gen của bách lan cũng phải thích nghi với nó.

Khoảng 86 triệu năm trước, thời kỳ khô hạn tăng cao và hạn hán kéo dài, do một trục trặc khi phân bào, bộ gen của bách lan đã nhân đôi. Đây cũng có thể là thời điểm sa mạc Namib được hình thành. Trước sự nhân đôi này, gen được giải phóng khỏi các chức năng ban đầu để đón nhận chức năng mới.

Ngoài ra, bách lan buộc phải nhân đôi ADN để phân nhỏ bộ gen lớn, vốn gây tiêu hao nhiều năng lượng để duy trì sự sống. Trong hoàn cảnh sa mạc khô cằn, nếu tiêu tốn càng nhiều năng lượng, thực vật sẽ dễ dàng bị đào thải.

Phần lớn gen của loài bách lan là các chuỗi ADN tự nhân đôi “rác”, còn gọi là nhân tố chuyển vị ngược (tên khoa học là retrotransposon). Nhân tố chuyển vị ngược trong gen bách lan tăng cao từ khoảng 1 – 2 triệu năm trước do nhiệt độ sa mạc tăng vọt.

Do đó, bộ gen bị thay đổi di truyền biểu sinh, để khống chế ADN tự nhân đôi qua quá trình methyl hoá ADN. Quá tình này giúp bách lan tái tạo một gen hiệu quả vượt trội.

Ngoài ra, trước đó, các nhà nghiên cứu đã biết rằng, phần đầu của thân cây vốn đã chết nên lá thường mọc từ ngọn hoặc bên hông. Tuy nhiên, nghiên cứu mới phát hiện lá thường mọc từ mô phân sinh cơ bản, bộ phận dễ bị tổn thương của cây cũng là nơi tạo ra tế bào mới cho cây phát triển.

Số lượng gen hoạt động tăng lên giúp lá và cây đẩy nhanh quá trình trao đổi chất, từ đó giúp tế bào tăng trưởng. Khả năng chống chọi với điều kiện khắc nghiệt của cây cũng được bồi đắp, giúp chúng gần như trường tồn với thời gian.

Các nhà khoa học kỳ vọng nghiên cứu này có thể giúp con người tạo ra những loại cây trồng cần ít nước hơn, đáp ứng hoàn cảnh khí hậu ấm lên. Từ đó, cải thiện phương pháp trồng và chăm sóc cây trong lĩnh vực nông nghiệp.

error: Content is protected !!