Loài nấm lạ phát sáng trong bóng tối

Tác giả: Dennis E. Desjardin, khoa Sinh học, Đại học bang San Francisco

Cuối buổi chiều vào một ngày trăng non, chúng tôi sắp xếp đồ đạc để lên đường bao gồm đôi ủng đi bộ đường dài, quần dài, áo tay dài, thắt lưng cài dao và GPS kèm theo, mũ gắn đèn trên đầu, balô thì chứa đầy nước, đồ ăn và chai ngựa. Đoàn thám hiểm của chúng tôi có 7 thành viên. Chúng tôi lái xe mất 30 phút trên những con đường đất dẫn vào rừng. Đến nơi khi trời đã nhá nhem, người địa phương dẫn đường cho chúng tôi đưa chúng tôi đi sâu vào thêm 6 cây số đến tận trung tâm của khu rừng.

Chúng tôi là nhóm nghiên cứu nấm đang trên đường tìm kiếm các loại nấm phát quang sinh học. Chúng có thể phát sáng suốt 24 giờ trong 1 ngày nhưng có thể quan sát hiện tượng rõ nhất vào ban đêm. 

Khu vực nghiên cứu của chúng tôi là một nơi đặc biệt, đây là một trong số ít những nơi còn sót lại của môi trường sống Rừng Đại Tây Dương ở miền nam Brazil. Vào ban đêm khu rừng ngập tràn âm thanh vo vo, lách cách của hàng ngàn loài côn trùng, những con nhện đang bò, các loài động vật có vú nhỏ chạy nhốn nháo, rắn độc bò trườn xào xạc hay con báo đốm lặng lẽ nhưng chết người. Đây là một nơi cực kỳ thú vị để tận hưởng, chiêm ngưỡng ngay cả khi chúng tôi không còn nhìn ngắm nó được nữa.

Những vì sao nằm dưới chân

Nhóm chúng tôi đi thám hiểm vào ban đêm nên chúng tôi bám sát lấy nhau. Nhưng nỗi sợ con báo ưa thích con mồi đi riêng lẻ không lớn bằng nỗi sợ bị lạc đường. 

Đến lúc dừng lại, trời đã tối đến mức tôi không thể nhìn thấy được bàn tay mình dù ở ngay trước mặt. Sau khi bật đèn trên mũ để rọi đường đến đích, chúng tôi tắt đi rồi rơi mò mẫm trong bóng đêm mà tìm kiếm những đóm sáng xanh hơi vàng bé xíu. Chúng tôi hy vọng đó là nấm phát quang.

Chúng tôi nhìn xuống dưới mặt đất tìm kiếm như thể đang nhìn lên bầu trời đầy sao. Chúng tôi thấy rất nhiều thứ trông giống như đom đóm, chỉ có điều chúng không nhấp nháy và cũng không chuyển động. Chúng hóa ra là những cái mũ nấm rất nhỏ thuộc về một loài mà chúng tôi đặt tên là Mycena asterina (có nghĩa là những vì sao bé nhỏ).

Đi sâu hơn vào trong rừng chúng tôi bắt gặp một cái cây phủ đầy rêu rực sáng nhờ nấm Gerronema viridilucens – một loài mới nữa. Cạnh đó trên một khúc gỗ là nấm Mycena fera đang phát sáng. Đêm đó cả thảy chúng tôi phát hiện được 8 loài nấm phát quang khác nhau, nhiều hơn bất cứ nơi nào tính riêng biệt trên thế giới.

Bằng cách nào và tại sao?

Có khoảng 85.000 loài thuộc Vương quốc nấm, với khoảng 9.000 loài hình thành cơ quan sinh bào tử thuộc về họ nấm có tên Agaricales (Basidiomycota, Agaricomycetidae). Trọng tâm nghiên cứu được NSF tài trợ là ghi chép lại tính đa dạng của nấm Agaricales ở các cánh rừng nhiệt đới chưa được nghiên cứu và nghiên cứu mối quan hệ tiến hóa giữa các loài. 

Một phần trong nghiên cứu của chúng tôi là tìm hiểu về các loài nấm phát quang sinh học. Thú vị là chỉ có vỏn vẹn 65 loài trong Vương Quốc Nấm được phát hiện có hiện tượng phát quang. Viện hóa học Cassius Stevani, Đại học Sao Paulo cũng đóng góp vào nghiên cứu.

Những câu hỏi mà chúng tôi đang cố gắng tìm câu trả lời bao gồm: Tại sao có rất ít loài nấm phát quang được? Cơ chế của hiện tượng phát quang là gì? Khi nào và bao nhiêu lần hiện tượng phát quang tiến hóa? Tại sao chúng lại phát sáng?

Dưới đây là những điều chúng tôi tìm hiểu được cho đến nay: Tất cả 65 loài nấm có hiện tượng phát sáng đều là nấm có mũ, chúng sản sinh ra các giao tử màu trắng có lớp thành mỏng để phát tán. Chúng đều có khả năng tiêu hóa cả xenluloza và linhin trong các mẩu vụn thực vật. Vùng nhiệt đới có tính đa dạng lớn nhất, mặc dù rất ít loài nấm sinh sống ở vùng ôn đới. Chúng phát sáng liên tục, tỏa ra ánh sáng màu xanh lá ây hơi vàng với tần số 520 – 530 nanomet. Không phải tất cả mọi bộ phận của cây nấm đều phát sáng, ở một số loài chỉ có mũ nấm hay lá tia ở mũ mới phát sáng. Trong khi một số loài khác khả năng này chỉ có ở thân nấm. Một số loài không hề phát sáng nhưng có những sợi được gọi là mycelium mà nấm phát triển từ đó lại tỏa sáng rực rỡ. 

Cassius Stevani là nhà hóa học của dự án, ông phối hợp cùng chúng tôi nghiên cứu cơ chế phát quang sinh học của nấm. Chính phản ứng trung gian luciferin – luciferase đã tạo ra ánh sáng khi nước và ôxy hiện diện. Phản ứng này vừa giống mà vừa khác phản ứng ở vi khuẩn phát quang, dinoflagellates hay động vật. Hiện tại, hợp chất chính xác có công dụng làm chất nền (luciferin) và enzym (luciferase) vẫn chưa được phát hiện, nhưng chúng tôi đang tiến tới rất gần với chúng.

Một số câu trả lời ít ỏi

Trong phòng thí nghiệm của tôi, cộng sự Brian Perry đang thiết lập trình tự AND của 65 loài nấm phát quang để có thể tìm hiểu quá trình tiến hóa hiện tượng phát quang của nấm. Chúng tôi biết rằng có 4 họ nấm khác nhau có thể phát sáng. Các loài nấm phổ biến vùng Bắc Mỹ như loài Nấm Ma Trơi (Omphalotus spp.) và Nấm Mật Ong ((Armillaria spp.) thuộc về hai họ nấm khác nhau.

Họ đa dạng nhất trong số 4 họ nấm là nấm mycenoid (Mycena và các họ hàng) với 46 trong số 65 loài được phát hiện, chiếm tỉ lệ 75%. Tất cả 8 loài nấm chúng tôi phát hiện được ở một địa điểm trên lãnh thổ Brazil thuộc họ này. Điều thú vị nhất là: khi chúng tôi tìm hiểu mối quan hệ của 500 loài nấm mycenoid, chúng tôi nhận thấy 46 loài nấm phát quang thuộc về 16 họ khác nhau. 

Liệu điều này có nghĩa là khả năng phát sáng đã tiến hóa 16 lần khác biệt hay không? Thực ra thì không hẳn vậy. Dữ liệu chúng tôi thu đưa ra giả thuyết rằng nguồn gốc phát sáng ban đầu của nấm khởi nguồn từ những mất mát mà khả năng phát sáng mang lại.

Tại sao chúng lại phát sáng? Dữ liệu cho rằng một số loài nấm phát sáng để thu hút các loài động vật hoạt động ban đêm giúp phát tán giao tử. Điều này cực kì phù hợp với các cánh rừng nhiều tán cây rậm rạp nơi không thể phán tán giao tử nhờ gió. Một số loài khác lại phát sáng để thu hút kẻ thù là các con côn trùng đến ăn nấm, đây là kế sách làm bạn với kẻ thù của nấm. Một số loài lại phát sáng vì những lý do mà chúng ta chưa thể lý giải được. Và chúng tôi đang cố tìm ra điều đó.