Thực vật "thở" như thế nào?

Các nhà khoa học đã phát hiện ra cách thực vật tạo ra mạng lưới các kênh không khí - phổi của lá - để vận chuyển carbon dioxide (CO₂) đến các tế bào của chúng.

Các nhà thực vật học đã biết từ thế kỷ 19 rằng lá có lỗ chân lông - được gọi là lỗ khí -  chứa một mạng lưới nội bộ phức tạp của các kênh không khí. Nhưng cho đến nay, người ta vẫn chưa hiểu làm thế nào các kênh đó hình thành ở đúng nơi để cung cấp lượng CO₂ ổn định cho mọi tế bào của thực vật.

Lá càng có nhiều khí khổng, nó càng hình thành nhiều không gian chứa không khí.

Một nghiên cứu mới của các nhà khoa học tại Viện Thực phẩm bền vững của Đại học Sheffield được công bố trên tạp chí Nature Communications, đã sử dụng các kỹ thuật thao tác di truyền để tiết lộ rằng lá càng có nhiều khí khổng, nó càng hình thành nhiều không gian chứa không khí. Các kênh hoạt động như các tiểu phế quản - những đoạn nhỏ mang không khí đến bề mặt trao đổi của phổi người và động vật.

Phối hợp với các đồng nghiệp tại Đại học Nottingham và Đại học Lancaster, họ đã chỉ ra rằng sự chuyển động của CO₂ qua lỗ chân lông rất có thể quyết định hình dạng và quy mô của mạng lưới kênh không khí.

Phát hiện này đánh dấu một bước tiến lớn trong sự hiểu biết của chúng ta về cấu trúc bên trong của lá và chức năng của các mô ảnh hưởng như thế nào đến cách chúng phát triển - có thể có sự phân nhánh vượt ra ngoài sinh học thực vật, tới các lĩnh vực như sinh học tiến hóa.

GS Andrew Fleming từ Viện Thực phẩm bền vững tại Đại học Sheffield cho biết: “Cho đến nay, cách thức thực vật hình thành các mô hình kênh không khí phức tạp của chúng vẫn còn là bí ẩn đáng ngạc nhiên đối với các nhà khoa học thực vật. Phát hiện quan trọng này cho thấy sự chuyển động của không khí qua lá hình thành nên hoạt động bên trong của chúng - điều này có ý nghĩa đối với các nghiên cứu về sự tiến hóa ở thực vật.

Việc con người nhân giống lúa mì sử dụng ít nước đã vô tình ảnh hưởng đến cách thở của thực vật. Điều đó cho thấy chúng ta có thể nhắm mục tiêu các mạng lưới kênh không khí này để phát triển các loại cây trồng có thể sống sót sau những đợt hạn hán khắc nghiệt khi gặp sự cố khí hậu".

TS  Marjorie Lundgren tại Đại học Lancaster cho biết: “Từ lâu, các nhà khoa học đã nghi ngờ rằng sự phát triển của khí khổng và sự phát triển của không gian trong một chiếc lá có sự liên kết với nhau. Tuy nhiên, chúng tôi không thực sự chắc chắn về việc cái nào tác động đến cái nào. Nó giống như câu hỏi "quả trứng có trước hay còn gà có trước" vậy. Sử dụng một bộ thí nghiệm thông minh liên quan đến phân tích hình ảnh X-quang CT, nhóm hợp tác của chúng tôi đã trả lời những câu hỏi này bằng cách sử dụng các loài có cấu trúc lá rất khác nhau. Chúng đã chỉ ra rằng khí khổng thực sự cần phải trao đổi khí để không gian không khí mở rộng. Điều này vẽ ra một câu chuyện thú vị hơn nhiều, liên quan đến sinh lý học".