Các kim loại nặng như niken và kẽm không phải là thứ mà thực vật muốn mọc bên cạnh với nồng độ cao.
Nhưng một nhóm thực vật chuyên môn hóa, được gọi là những thực vật siêu tích tụ (hyperaccumulator), đã tiến hóa để hấp thụ các kim loại độc hại thông thường vào thân cây, lá và cả hạt.
Các nhà nghiên cứu đã và đang đặc biệt tìm hiểu Pycnandra acuminate – loài cây mọc trên hòn đảo New Caledonia ở phía nam Thái Bình Dương.
Họ nghĩ nó có lẽ sử dụng niken để phòng vệ chống lại côn trùng.
Nhựa cây này có màu xanh lá-xanh dương bất thường vì nó chứa tới 25% niken.
Tiến sĩ Antony van der Ent, một nhà nghiên cứu tại Đại học Queensland đang nghiên cứu loài cây này, cho biết: “Pycnandra acuminate là loài cây rừng mưa nhiệt đới hiếm có và lớn (cao tới 20m), bị hạn chế ở các khoảnh rừng mưa nhiệt đới còn sót ở New Caledonia. Là một đối tượng thí nghiệm, nhưng khá khó khăn vì loài cây này mọc rất chậm, và mất vài thập kỉ để nó ra hoa và hạt. Nó bị đe dọa bởi nạn phá rừng do các hoạt động khai thác mỏ và các trận cháy lan nhanh”.
Đất ở New Caledonia được khai thác vì nguồn niken có giá trị.
Sự yêu thích niken bất thường của loài cây này lần đầu tiên được phát hiện vào những năm 1970, và nghiên cứu về các loài thực vật siêu tích tụ khác đã gia tăng kể từ đó.
Hạt của Alyssum murale, một thực vật siêu tích tụ khác, hình ảnh ghi lại nhờ huỳnh quang tia X. Niken được thể hiện bằng màu xanh dương - (Ảnh của Antony van der Ent).
Quan sát bên trong
Làm thế nào bạn có thể biết điều gì đang diễn ra bên trong những cây này?
Pycnandra và các thực vật siêu tích tụ khác đã được phân tích tại trung tâm nghiên cứu quốc gia DESY ở Hamburg bằng cách sử dụng kĩ thuật tia X.
Tiến sĩ Kathryn Spiers, người cũng nghiên cứu Pycnandra, giải thích: “Nếu bạn dùng một kính hiển vi thường, bạn có thể thấy các kết cấu, nhưng không thể nói được nó cấu tạo từ thứ gì”.
Tiến sĩ Spiers đã sử dụng một kĩ thuật cho phép ghi lại hình ảnh và xoay mẫu thí nghiệm rất nhanh trước khi nó bị phá hủy bởi tia bức xạ X.
“Ở máy gia tốc, nguồn ánh sáng rất sáng và các máy dò rất nhanh, nghĩa là bạn có thể quét nó trước khi bạn giết chết mẫu thí nghiệm của mình. Bạn thấy các mẫu thí nghiệm; bạn thật sự đốt một cái lỗ xuyên qua chúng”.
Các nhà nghiên cứu sau đó có thể tập hợp một hình ảnh đầy đủ của mẫu thí nghiệm thực vật, với các thành phần yếu tố hữu hình khác nhau của nó.
Cây Phyllanthus balgooyi của Borneo có nhựa màu xanh lá giàu niken - (Ảnh của Antony van der Ent).
Các công dụng trong tương lai
Các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm hiểu chính xác tại sao những thực vật đặc biệt này tiến hóa theo cách này để đương đầu ở những vùng đất khắc nghiệt như vậy. Nhưng có khả năng không phải do sự can thiệp của con người vào môi trường.
Tiến sĩ van der Ent cho biết: “Quá trình tiến hóa của nhóm thực vật siêu tích tụ đã diễn ra nhiều lần ở những dòng rất khác biệt, và có khả năng đã tốn vài triệu năm. Những thực vật này vốn được tìm thấy ở những vùng đất giàu kim loại”.
Tuy nhiên, một số nhà khoa học mong rằng các thực vật siêu tích tụ có thể được sử dụng để “làm sạch” đất ở những nơi có sự tích tụ các vật liệu độc hại do hoạt động của con người.
Những ứng dụng tiềm năng khác bao gồm phytomining – trồng các thực vật siêu tích tụ trên đất nghèo dinh dưỡng nhưng giàu kim loại để chiết xuất các nguyên tố chúng hấp thụ.