Cơ chế Thụ phấn Cổ xưa Nhất: Cây Sam (Cycad) Dùng Nhiệt Hồng Ngoại Dẫn Lối Côn Trùng

Một công trình nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science vào năm 2025 đã hé lộ một bí mật đáng kinh ngạc: các loài thực vật cổ đại thuộc bộ Sam (Cycad) đã sử dụng tín hiệu nhiệt, hay còn gọi là bức xạ hồng ngoại, để thu hút các loài thụ phấn. Các nhà khoa học ước tính cơ chế giao tiếp thực vật sơ khai này đã xuất hiện từ khoảng 275 triệu năm trước. Điều này đặt ra một cột mốc thời gian quan trọng, cho thấy việc sử dụng nhiệt làm phương tiện thu hút đã có trước sự ra đời của thực vật có hoa và các tín hiệu thị giác của chúng hàng triệu năm, khẳng định nhiệt là một trong những “ngôn ngữ” giao tiếp đầu tiên trong thế giới thực vật.

Dẫn đầu bởi Wendy Valencia-Montoya từ Đại học Harvard, nhóm nghiên cứu đã cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng các cấu trúc sinh sản của cây Sam, cụ thể là nón của loài Zamia furfuracea, có khả năng tự tạo ra nhiệt. Các dữ liệu thực nghiệm thu thập thông qua kỹ thuật chụp ảnh nhiệt cho thấy nón đực có thể tăng nhiệt độ lên tới 15 độ C so với môi trường xung quanh. Mức độ sinh nhiệt này đòi hỏi một cường độ trao đổi chất đáng kể, tương đương với hoạt động của một con chim ruồi. Điều thú vị là quá trình sinh nhiệt này tuân theo một nhịp sinh học nghiêm ngặt: nón đực ấm lên vào khoảng chạng vạng tối, và sau đó khoảng ba giờ, các cấu trúc ở nón cái cũng bắt đầu quá trình tương tự, đảm bảo sự chuyển giao phấn hoa diễn ra theo một trình tự có chủ đích.

Để đạt được trạng thái nhiệt độ cao này, cây phải tiêu thụ một lượng năng lượng lớn thông qua quá trình đốt cháy dự trữ tinh bột trong ty thể. Việc nón đực được làm ấm ở mức độ vừa phải đóng vai trò là tín hiệu “mời gọi”. Ngược lại, khi nhiệt độ tăng quá mức, dường như đó là tín hiệu khuyến khích côn trùng di chuyển sang các cá thể cái. Cơ chế “đẩy và kéo” tinh vi này, kết hợp giữa nhiệt độ, mùi hương và độ ẩm, có tác dụng định hướng các loài bọ cánh cứng từ nón đực mang phấn hoa sang các cấu trúc nón cái để thực hiện quá trình thụ tinh.

Yếu tố then chốt trong mối quan hệ cộng sinh cổ xưa này nằm ở sự thích nghi chuyên biệt của các loài bọ cánh cứng thụ phấn, đặc biệt là loài bọ vòi voi Rhopalotria furfuracea. Các nhà nghiên cứu đã xác định rằng râu (antennae) của những côn trùng này được trang bị các thụ thể cảm ứng nhiệt chuyên biệt, chứa protein TRPA1. Protein này cho phép bọ cánh cứng thu nhận chính xác dải bức xạ hồng ngoại, ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu, điều cực kỳ cần thiết cho việc thụ phấn diễn ra vào lúc chạng vạng. Khi các nhà khoa học chặn thụ thể này, bọ cánh cứng hoàn toàn mất khả năng phản ứng với tín hiệu nhiệt. Ngược lại, các mô hình 3D của nón được làm ấm, dù không có mùi hương, vẫn thu hút côn trùng một cách không thể nhầm lẫn.

Cây Sam, vốn xuất hiện cách đây khoảng 275 triệu năm và đạt đến đỉnh cao đa dạng trong Kỷ Jura, hiện đang phải đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng trong bối cảnh thực vật có hoa sử dụng tín hiệu thị giác đang chiếm ưu thế. Theo tác giả chính của nghiên cứu, khám phá này đã mở ra “một chiều kích thông tin mới” mà trước đây bị bỏ qua do thiên kiến cảm quan của con người. Sự tương tác dựa trên nhiệt độ giữa cây Sam và bọ cánh cứng đại diện cho một trong những ví dụ sớm nhất về sự đồng tiến hóa (co-evolution) trên hành tinh chúng ta, một minh chứng sống động cho sự phức tạp của sinh thái học cổ đại.