Thực vật giao tiếp với nhau thông qua các tín hiệu hóa học. Thông tin truyền tải giữa chúng bao gồm các mối nguy đến từ môi trường, nguồn dinh dưỡng và thông tin đó cũng có thể được sử dụng để kích hoạt các cơ chế kháng lại các stress từ môi trường. Việc trao đổi thông tin cho phép thực vật có các đáp ứng phù hợp, tối ưu hóa các chiến lược sinh tồn của chúng. Thực vật giao tiếp với nhau ở cả phía trên và phía dưới lòng đất.
Ở trên mặt đất, thực vật giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và chính các hợp chất bay hơi này sẽ được các cây lân cận phát hiện. Những tín hiệu hóa học trong không khí có thể truyền tin đến các cây lân cận về sự tấn công của động vật ăn cỏ, vi sinh vật gây bệnh hoặc thậm chí là sự hiện diện của các côn trùng có lợi.
Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng thực vật có thể giao tiếp dưới mặt đất. Đối với các cây cùng loài, sự giao tiếp giữa chúng có thể là chiến lược hiệu quả để đáp ứng nhanh chóng với bất kỳ stress sinh học hay phi sinh học nào bên trong quần thể. Ngược lại, giao tiếp giữa các cá thể khác loài cho phép chúng điều chỉnh sự cạnh tranh hoặc cùng tồn tại. Do đó, những hiểu biết về sự giao tiếp của thực vật có thể giúp chúng ta hiểu được cách thức mà các quần xã được hình thành và cách thức các quá trình sinh học trong hệ sinh thái được điều chỉnh. Chính vì vậy, sự giao tiếp của thực vật ở dưới lòng đất có thể là chìa khoá giúp điều hoà các mối tương tác trong hệ sinh thái trong tự nhiên và trong các hệ thống nông nghiệp.
Sự giao tiếp của thực vật phía dưới lòng đất chủ yếu dựa vào tín hiệu hóa học thông qua các dịch tiết ở rễ. Dịch tiết của rễ rất đa dạng, bao gồm các hợp chất hữu cơ, hợp chất thứ cấp và các phân tử tín hiệu được giải phóng bởi thực vật ra vùng rễ. Do sự sinh trưởng và hoạt động của rễ, vùng đất quanh rễ là vùng chịu ảnh hưởng về mặt hoá học, sinh học và vật lý học một cách trực tiếp. Mặc dù chúng ta không biết dịch tiết ra ở rễ có thể di chuyển bao xa, hoặc tính ổn định của chúng trong đất, các tín hiệu hóa học này đóng nhiều vai trò trong các mối tương tác của thực vật như: kích hoạt sinh tổng hợp các hợp chất kháng hay vận chuyển carbon và chất dinh dưỡng giữa các cây lân cận hoặc như hiện tượng allelopathy (Allelopathy là hiện tượng thực vật có tác động ức chế lên sự sinh trưởng phát triển của cây xung quanh bằng cách tổng hợp và giải phóng ra các hợp chất thứ cấp)…
Sự giao tiếp dưới lòng đất của thực vật có thể thông qua hệ thống nấm rễ, được tạo ra bởi hệ sợi của nấm rễ cộng sinh mycorrhizas. Chính hệ sợi này đã tạo thành mạng lưới cầu nối, nối các rễ của các cây khác nhau. Những hệ thống này có tác dụng làm tăng cường sự vận chuyển dinh dưỡng (các-bon, nitơ, photpho) và truyền tín hiệu giữa các cá thể trong cùng mạng lưới, cho phép chúng trao đổi thông tin về dinh dưỡng, tương tác sinh học và các tín hiệu trong môi trường.
Tại sao thực vật giao tiếp dưới lòng đất? Một giả thuyết hợp lý là trong một số trường hợp, tín hiệu dưới lòng đất có hiệu quả hơn tín hiệu trên mặt đất. Ở dưới lòng đất, thực vật có thể trao đổi thông tin thông qua dịch tiết (dạng lỏng) và các hợp chất dễ bay hơi (dạng khí), trong khi giao tiếp của thực vật trên mặt đất chỉ có thể dựa vào hợp chất dễ bay hơi.
Thêm vào đó, khi giao tiếp dưới mặt đất, các nhân tố ảnh hưởng như gió, nhiệt độ, độ ẩm hoặc tia UV, có thể không tồn tại hoặc ít ảnh hưởng hơn so với sự giao tiếp “trên không”. Hơn nữa, rễ cây phát triển có định hướng, ví dụ như chúng chủ động sinh trưởng để tìm nước và dinh dưỡng, điều này làm tăng cơ hội tiếp cận rễ của các cây lân cận, do đó tạo điều kiện cho sự trao đổi thông tin. Cuối cùng, sự giao tiếp dưới lòng đất được tăng cường nhờ sự hiện diện của nấm rễ cộng sinh. Các sợi nấm của chúng tạo thành một mạng lưới lớn cho phép sự tương tác của thực vật cùng loài và khác loài.
Ở một quy mô rộng hơn, giao tiếp dưới lòng đất cũng ảnh hưởng đến tính năng động ở cấp độ hệ sinh thái. Chẳng hạn, một số hợp chất có thể được sinh tổng hợp bởi rễ cây có thể đóng vai trò cải thiện khả năng tìm kiếm dinh dưỡng, nước, khả năng chống chịu của các loài thực vật tiên phong, tái sinh sống trở lại ở các vùng đất sau các thảm họa tự nhiên (như lũ lụt hay cháy rừng) hay trong đất bị xói mòn.
Do nhu cầu phát triển nông nghiệp bền vững, các hợp chất có nguồn gốc từ thực vật, được thực vật sử dụng để trao thông tin dưới lòng đất có thể được sử dụng cho mục tiêu bảo vệ cây trồng. Theo đó, các tín hiệu dưới lòng đất có thể đưa ra cảnh báo sớm cho cây trồng trước khi bị sâu bệnh hại, từ đó giảm thiểu sự chậm trễ, giúp quá trình phòng vệ hiệu quả hơn và hơn hết là giảm sử dụng thuốc trừ sâu. Chính vì vậy, việc khám phá các mối tương tác của thực vật trong tự nhiên có thể giúp cho công tác quản lý, phát triển nông nghiệp bền vững và hiệu quả.
Theo Emilio Guerrieri, Sergio Rasmann, Exposing belowground plant communication. Science 384, 272-273 (2024). DOI:10.1126/science.adk1412
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1412
CLB Bio-Sciencenews, Khoa Công nghệ sinh học