Hoa hướng dương có khả năng cảm nhận ánh sáng và luôn hướng về phía Mặt trời.

Thị giác, thính giác, vị giác, khứu giác và xúc giác là năm giác quan chính của con người. Các giác quan này tiếp nhận kích thích trong môi trường, truyền thông tin đến não để giúp con người đưa ra quyết định. Nhiều người cho rằng chúng ta hoàn toàn khác biệt với thực vật do chúng không có tri giác. Khi một người không phản ứng lại với các kích thích từ bên ngoài, chúng ta nói rằng họ là “người thực vật”. Vậy điều này có đúng không?

Sự thật là thực vật không hề vô cảm với môi trường sống của chúng. Mặc dù chúng không có mắt, tai, lưỡi, mũi hoặc não nhưng chúng vẫn có những cơ chế sinh học đặc biệt để thực hiện các chức năng tương tự như những cơ quan này. Nghiên cứu về các giác quan của thực vật là một lĩnh vực khoa học đang phát triển, mặc dù nguồn gốc của nó đã có từ xa xưa.

Để tìm hiểu vấn đề này, trước tiên chúng ta cùng quay trở lại thời đại của Charles Darwin, nhà tự nhiên học nổi tiếng người Anh. Đến cuối đời, nhà tự nhiên học đã xuất bản cuốn sách “The Power of Movement in Plants” (Sức mạnh của chuyển động thực vật) vào năm 1880 với sự hợp tác của con trai ông, nhà thực vật học Francis. Mở rộng công trình nghiên cứu trước đó về cây leo, cả hai đã thử nghiệm tính hướng (tropism) của thực vật đối với các tác nhân kích thích từ môi trường. Họ cũng tìm hiểu về sự phát triển những bộ phận khác nhau của cây khiến chúng hướng tới hoặc tránh xa nguồn kích thích.

Darwin nhấn mạnh mức độ nhạy cảm với ánh sáng, những đụng chạm cơ học và trọng lực của thực vật tương tự như ở động vật. Giống như chúng ta, thực vật cũng ngủ. Vào bạn đêm, nhiều loài cây [ví dụ cây họ đậu] sẽ khép lá hoặc uốn cong trong một chuyển động gọi là nyctinastia. Sau đó, chúng sẽ quay về trạng thái bình thường khi ngày mới đến.

Trong bức thư gửi tới một người bạn là nhà thực vật học Joseph Hooker, Darwin than thở rằng ông đã “làm chết hoặc làm bị thương nặng vô số loài thực vật” trong quá trình tiến hành các thí nghiệm. Ông thậm chí còn đi xa hơn khi đề xuất rễ mầm (radicle) – phần rễ của phôi mọc ra từ hạt – hoạt động giống như bộ não của những động vật bậc thấp. Nó có khả năng tiếp nhận các tác nhân kích thích và chi phối một số chuyển động của cây.

Một bản năng gần giống động vật

Các kết luận của Darwin trong tác phẩm The Power of Movement in Plants nhằm hỗ trợ lý thuyết chọn lọc tự nhiên là quá tiến bộ so với thời đại, do đó cuốn sách đã bị các nhà sinh lý học chính thống thời đó phớt lờ hoặc bác bỏ. Tuy nhiên, một số tác giả ít nổi tiếng hơn Darwin cũng từng viết về chủ đề này, bao gồm nhà thực vật học người Ý Federico Delpino.

Sự nhạy cảm và khả năng phản ứng với môi trường của thực vật là điều không thể phủ nhận. Nhà sinh học Simcha Lev-Yadun tại Đại học Haifa (Israel) cho biết, những giác quan mà chúng ta nghĩ chỉ có ở động vật cũng tồn tại ở thực vật. Cụ thể, thực vật sở hữu các năng lực tương tự như việc con người nhìn, nghe, ngửi, nếm và phản ứng lại với tác động cơ học.

Khả năng nhìn của thực vật khá thô sơ. Chúng không có mắt và không thể nhìn, nhưng chúng phát hiện ánh sáng nhờ các sắc tố trong tế bào phản ứng với những bước sóng hoặc màu sắc nhất định.

Ví dụ, các sắc tố phytochrome của thực vật rất nhạy cảm với bức xạ hồng ngoại – loại ánh sáng ngoài vùng quang phổ mà chúng ta nhìn thấy được. Bức xạ hồng ngoại hình thành khi cây quang hợp, vì vậy thực vật có thể nhìn thấy ánh sáng do những cây khác phát ra. “Bằng cách này, chúng cảm nhận được những người hàng xóm của mình, từ đó ảnh hưởng đến quá trình tăng trưởng, đặc điểm cấu trúc, phòng thủ, sinh sản”, Lev-Yadun cho biết.

Ánh sáng là một trong những yếu tố có mức độ ảnh hưởng nhiều nhất đến đời sống thực vật. Chồi mọc hướng về phía ánh sáng, rễ di chuyển ra xa ánh sáng, cường độ ánh sáng và khoảng thời gian trong ngày quyết định hành vi của thực vật [từ nảy mầm, ra hoa cho đến rụng lá] thông qua một loại hormone gọi là auxin. Các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện hormone thực vật này vào thập niên 1920, nhưng sự tồn tại của nó đã được Darwin dự đoán từ trước.

Phản ứng với âm thanh và rung động

Trong khi phản ứng của thực vật với ánh sáng đã được biết rõ, sự nhạy cảm của chúng với âm thanh là điều có thể khiến chúng ta ngạc nhiên. Các loài thực vật như cây thân thảo Arabidopsis thaliana tiết ra hóa chất phòng thủ khi bị côn trùng ăn cỏ tấn công. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng chỉ cần chúng ta ghi lại âm thanh nhai của côn trùng và truyền nó đến cây thông qua những rung động, cây sẽ phản ứng lại bằng cách tiết ra hợp chất phòng thủ tương tự.

Đó không phải là âm thanh duy nhất mà thực vật có thể nhận dạng. Rễ cây phát triển mạnh về phía các đường ống bị rò rỉ, bởi vì chúng hướng tới nơi có độ ẩm cao. Nhưng ngay cả khi đường ống không bị rò rỉ, thực vật cũng có thể tìm thấy nó nhờ âm thanh do nước di chuyển bên trong đường ống phát ra.

Trong trường hợp này, chúng ta đang đề cập đến những rung động hoặc tiếng ồn truyền qua đất. Tuy nhiên, thực vật cũng phản ứng với âm thanh truyền trong không khí, giống như thính giác của động vật. Ví dụ, chỉ trong vòng ba phút, hoa sẽ tăng độ ngọt của mật hoa khi nghe thấy tiếng vo ve của một con ong bay ở gần, loài côn trùng thụ phấn cho chúng.

Ngày nay, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu xem liệu những âm thanh yếu ớt của thực vật – chẳng hạn như âm thanh do bong bóng nước tạo ra trong mô mạch của chúng – có thể được những cây khác nghe thấy và tạo thành một hệ thống liên lạc bằng âm thanh hay không .

Thực vật cũng có các cơ chế sinh học tương tự như xúc giác hoặc khứu giác/vị giác của con người. Ví dụ, cây leo thay đổi tốc độ phát triển của chúng tùy thuộc vào việc chúng có giá đỡ để leo lên hay không. Cây bắt ruồi Venus sẽ khép lá lại khi con mồi chạm vào chúng. “Nếu bị thương, thực vật có thể phân biệt tác nhân tấn công chúng là côn trùng hay động vật có vú theo các yếu tố liên quan, chẳng hạn như nước bọt của động vật có vú, kitin của côn trùng. Từ đó chúng sẽ điều chỉnh lại các biện pháp phòng thủ thích hợp”, Lev-Yadun nói.

Thực vật cũng “ngửi thấy các phân tử khác nhau” trong không khí. Ví dụ khi một cây bị thương, nó sẽ tiết ra methyl jasmonate, một hợp chất dễ bay hơi đóng vai trò là tín hiệu liên lạc hóa học trong thế giới thực vật. Khi cây bệnh cạnh “ngửi” thấy mùi, nó sẽ nâng cao khả năng phòng thủ hóa học và thậm chí cả khả năng phòng thủ về mặt cấu trúc. Một ví dụ khác là loài cây ký sinh Cuscuta pentagona ngửi thấy mùi các hợp chất dễ bay hơi do cây cà chua tiết ra trong không khí để định vị và bám vào vật chủ.

Ngoài các khả năng thông thường, thực vật cũng nhạy cảm với trọng lực và có thể cảm nhận được oxy, CO2, trường điện từ, …Thực vật tồn tại một hệ thống liên lạc điện giữa các tế bào của chúng, giống tế bào thần kinh. Chúng sử dụng các chất dẫn truyền thần kinh hóa học như glutamate và một số hợp chất khác tương tự như tế bào thần kinh của con người.

Quốc Hùng