Phát hiện về lịch sử tiến hóa của thực vật có hoa

Các loài thực vật có hoa, từ ngô, lúa mì, lúa gạo và khoai tây đến cây phong, cây sồi, cây táo và cây anh đào … và thậm chí cả hoa xác chết và hoa huệ voodoo, là nền tảng của hệ sinh thái Trái đất và cần thiết cho loài người.

Hoa anh đào nở rộ thu hút loài ong đến thụ phấn. (Nguồn: Reuters).

Nghiên cứu mới được công bố hôm 24/4 trên tạp chí Nature dựa trên dữ liệu bộ gene của 9.506 loài, cũng như kiểm tra 200 hóa thạch, cung cấp hiểu biết sâu sắc nhất cho đến nay về lịch sử tiến hóa của thực vật có hoa, được gọi là thực vật hạt kín - nhóm thực vật lớn nhất và đa dạng nhất. Nghiên cứu trình bày chi tiết cách thực vật hạt kín xuất hiện và trở nên thống trị trong thời đại khủng long cũng như cách chúng thay đổi theo thời gian.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại cây sự sống mới cho thực vật hạt kín, bao phủ số loại thực vật có hoa nhiều hơn 15 lần - gần 60% trong số đó - so với nghiên cứu so sánh gần nhất.

Nhà thực vật học William Baker của Vườn thực vật Hoàng gia Kew (RBG Kew) ở London, tác giả cấp cao của nghiên cứu, cho biết: “Đó là một bước tiến vượt bậc trong hiểu biết của chúng ta về quá trình tiến hóa thực vật”.

Hoa lay ơn tại một khu vườn ở thành phố Hyderabad, miền Nam Ấn Độ. (Nguồn: Reuters).

Thực vật hạt kín, loài thực vật tạo ra hoa và tạo ra hạt trong quả, bao gồm khoảng 330.000 loài và chiếm khoảng 80% tổng số thực vật trên thế giới. Chúng bao gồm tất cả các loại cây lương thực chính, cỏ, hầu hết các cây lá rộng và hầu hết các loài thực vật thủy sinh. Họ hàng gần nhất của chúng là thực vật hạt trần, một nhóm có trước chúng trên Trái đất, bao gồm các loài cây lá kim và một số loài khác, với hơn 1.000 loài.

Nghiên cứu đã xác định hai xung đa dạng hóa giữa các thực vật hạt kín. Lần đầu tiên xảy ra vào khoảng 150-140 triệu năm trước vào buổi bình minh của sự tồn tại của chúng trong kỷ nguyên Mesozoi, với 80% dòng dõi thực vật hạt kín phát sinh trong thời gian đó. Lần tiếp theo xảy ra khoảng 100 triệu năm sau trong Đại Tân Sinh, sau sự diệt vong của loài khủng long và sự trỗi dậy của các loài động vật có vú, trong bối cảnh nhiệt độ toàn cầu giảm.

Hoa Tecolote Ranunculus khổng lồ tại Cánh đồng hoa ở Carlsbad, California, Mỹ. (Nguồn: Reuters).

Ông Baker cho biết: “Thực vật hạt kín có nhiều khả năng thích nghi về cấu trúc mang lại lợi thế hơn thực vật hạt trần, nhưng chủ yếu trong số đó là những đặc điểm góp phần vào sinh sản thành công”.

Thực vật hạt trần và thực vật hạt kín đều có hạt, nhưng thực vật có hoa có hạt kèm theo để bảo vệ chúng khỏi bị mất nước và giúp chúng phát triển mạnh ở nhiều môi trường khác nhau, từ vùng nhiệt đới đến sa mạc hay Nam Cực.

Thực vật hạt kín cũng tiến hóa hoa, một cấu trúc cho phép nó hình thành mối quan hệ với các loài động vật thụ phấn, đặc biệt là côn trùng, trong khi thực vật hạt trần thường dựa vào gió để thụ phấn. Thực vật hạt kín đã phát triển sự đa dạng cao về các loại quả, cho phép phát tán hạt hiệu quả.

“Với những đổi mới này, thực vật hạt kín đã trở nên bất khả chiến bại”, ông Baker nói.

Cánh đồng hoa hướng dương ở Lopburi, Thái Lan. (Nguồn: Reuters).

Thực vật có hoa cung cấp phần lớn lượng calo mà con người tiêu thụ từ ngũ cốc, trái cây và rau quả, chúng gián tiếp làm thức ăn cho gia súc. Chúng cũng khiến mọi người say mê bởi vẻ đẹp từ những cánh đồng hoa hướng dương, những bó hoa hồng, những chùm hoa loa kèn và hương thơm dễ chịu.

Ông Baker cho biết: “Chúng là nguồn cung cấp nhiều loại thuốc và nắm giữ các giải pháp tiềm năng cho các thách thức toàn cầu như biến đổi khí hậu, mất đa dạng sinh học, sức khỏe con người, an ninh lương thực và năng lượng tái tạo”.

Nghiên cứu này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về khả năng kháng bệnh và sâu bệnh ở thực vật hạt kín và định hướng các ứng dụng y học mới tiềm năng, ví dụ như để chống lại bệnh sốt rét.

Ông Alexandre Zuntini, nhà thực vật học của RBG Kew và tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Việc kết hợp cây sự sống với các đánh giá rủi ro tuyệt chủng cho từng dòng dõi cho phép chúng tôi ưu tiên bảo tồn các dòng dõi dựa trên tính độc đáo của chúng. Điều này cực kỳ quan trọng đối với nhân loại, vì những dòng dõi này có thể chứa các hợp chất hóa học hoặc thậm chí các gene có thể hữu ích cho sự sinh tồn của loài người chúng ta".

• Loài hoa hồi sinh từ hạt giống 32.000 năm tuổi
• Có bao nhiêu loài thực vật có hoa?
• Sự tồn tại của các loài thực vật có hoa phụ thuộc vào loài côn trùng thụ phấn đặc trưng