Cây đậu đũa cũng biết 'gọi cứu viện' để ong tiêu diệt sâu hại

Nghiên cứu mới cho thấy cách một số loài thực vật huy động ong bắp cày và vi khuẩn trong đất để bảo vệ lá cây khỏi tác hại. Ảnh: Shutterstock

Khi cây đậu đũa nhận diện sự tấn công của sâu

Không có hệ thần kinh hay khả năng di chuyển, thực vật vẫn sở hữu những cơ chế phòng vệ tinh vi trước động vật ăn cỏ. Ở cây đậu đũa (Vigna unguiculata), một trong những cơ chế được nghiên cứu kỹ là khả năng nhận diện các phân tử liên quan đến hoạt động ăn của sâu và kích hoạt phản ứng phòng vệ đặc hiệu.

Một ví dụ điển hình là inceptin, peptide được tạo ra từ quá trình phân giải protein của cây trong hệ tiêu hóa của sâu. Khi sâu ăn lá đậu đũa và tiết dịch từ miệng lên mô thực vật bị tổn thương, các peptide dạng inceptin có thể kích thích phản ứng phòng vệ của cây. Nghiên cứu cho thấy inceptin kích hoạt các hormone phòng vệ như jasmonic acid, ethylene và salicylic acid, đồng thời thúc đẩy cây giải phóng nhiều hợp chất dễ bay hơi.

Những hợp chất này thuộc nhóm herbivore-induced plant volatiles (HIPVs), tức các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi được thực vật giải phóng hoặc gia tăng khi bị động vật ăn cỏ tấn công.

Đáng chú ý, một số HIPVs có thể được các loài thiên địch sử dụng như tín hiệu hóa học để xác định khu vực có vật chủ. Các nghiên cứu đã ghi nhận nhiều loài ong ký sinh có khả năng nhận biết những hợp chất do cây phát ra sau khi bị sâu gây hại.

Hình ảnh tóm tắt các phát hiện của nhóm nghiên cứu. Nguồn: Cell Reports

Một hệ thống phòng vệ dựa trên “đồng minh” tự nhiên sẽ xuất hiện

Đây là một dạng phòng vệ gián tiếp của thực vật. Thay vì chỉ tạo ra chất độc hoặc làm giảm khả năng ăn của sâu, cây thay đổi tín hiệu hóa học trong môi trường để thu hút những sinh vật có khả năng kiểm soát chính loài gây hại.

Có thể hình dung chuỗi tương tác này theo trình tự:

Sâu ăn lá → cây nhận diện tín hiệu → kích hoạt phản ứng phòng vệ → giải phóng hợp chất dễ bay hơi → ong ký sinh nhận diện tín hiệu → tìm đến khu vực có vật chủ.

Tuy nhiên, cần tránh hiểu rằng cây có thể "điều khiển" ong. Các phân tử do cây phát ra chỉ đóng vai trò tín hiệu hóa học, còn việc ong phản ứng và tìm kiếm vật chủ là hành vi sinh học của chính chúng.

Các nghiên cứu trên cây đậu đũa cũng cho thấy ong ký sinh có thể phân biệt mùi từ cây bị côn trùng gây hại với cây không bị tấn công. Một nghiên cứu trên Journal of Chemical Ecology ghi nhận ong ký sinh Apanteles taragamae bị thu hút bởi các hợp chất dễ bay hơi từ hoa đậu đũa bị sâu Maruca vitrata gây hại.

Một nghiên cứu khác ghi nhận ba loài ong ký sinh có thể nhận biết nhiều hợp chất dễ bay hơi do cây đậu đũa, ngô và bông phát ra sau khi bị sâu ăn. 

Ong ký sinh Neochrysocharis formosa , kẻ thù của sâu đục lá hình rắn ở Mỹ. Ảnh: Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên, London

Tiềm năng cho nông nghiệp sinh học

Khả năng thực vật sử dụng tín hiệu hóa học để thu hút thiên địch đang mở ra hướng tiếp cận đáng chú ý trong quản lý dịch hại sinh học. Nếu xác định được những hợp chất đóng vai trò quan trọng trong việc thu hút ong ký sinh và các loài săn mồi, các nhà khoa học có thể tìm cách kích thích hoặc mô phỏng cơ chế này trong canh tác, qua đó tăng cường khả năng kiểm soát sâu bệnh tự nhiên.

Điều này không đồng nghĩa với việc loại bỏ hoàn toàn thuốc bảo vệ thực vật, mà hướng tới một mô hình trong đó các cơ chế phòng vệ tự nhiên và thiên địch trở thành một phần của hệ thống quản lý sâu bệnh.

Nghiên cứu về cây đậu đũa cũng cho thấy thực vật không hoàn toàn bị động trước kẻ thù. Chúng có thể nhận diện tín hiệu từ côn trùng, kích hoạt các phản ứng phòng vệ và phát ra tín hiệu hóa học để thu hút những sinh vật có khả năng kiểm soát sâu hại. Đó là một phần của mạng lưới tương tác sinh thái được hình thành qua quá trình tiến hóa.

Tuy nhiên, mạng lưới này có thể bị con người làm gián đoạn. Thuốc trừ sâu phổ rộng không chỉ tác động lên sinh vật gây hại mà còn có thể ảnh hưởng đến ong ký sinh, côn trùng thụ phấn và nhiều loài có ích khác.Khi những mắt xích này suy giảm, khả năng kiểm soát sâu bệnh tự nhiên cũng có thể bị ảnh hưởng, đồng thời làm giảm tính đa dạng của hệ sinh thái nông nghiệp.

Điều đáng chú ý là tự nhiên đã hình thành những cơ chế kiểm soát sâu bệnh phức tạp từ rất lâu trước khi con người phát triển thuốc trừ sâu. Vì vậy, thay vì chỉ tập trung vào việc tiêu diệt sinh vật gây hại, nông nghiệp bền vững ngày càng chú trọng hiểu và tận dụng các mối quan hệ giữa cây trồng, sâu bệnh và thiên địch.

Cây đậu đũa vì thế không chỉ cho thấy một cơ chế phòng vệ tinh vi của thực vật. Nó còn gợi ra một câu hỏi lớn hơn: Trong nỗ lực bảo vệ cây trồng, liệu con người có đang vô tình làm suy yếu chính mạng lưới sinh thái vốn giúp cây chống chọi với kẻ thù?