Nấm ăn than: Bí mật hồi sinh rừng sau cháy

Nấm ăn than phát triển mạnh trong tro than, giúp giải phóng dinh dưỡng và mở hướng phục hồi rừng sau những vụ cháy lớn.

Nấm ăn than trỗi dậy từ tro tàn

Sau một trận cháy rừng, điều dễ thấy nhất là cây cối cháy đen, lớp đất phủ tro và hệ sinh thái bị đảo lộn. Nhưng trong khung cảnh tan hoang ấy, một nhóm sinh vật nhỏ bé lại bắt đầu phát triển mạnh. Đó là nấm ăn than, còn được gọi là nấm sống trên lửa hay nấm cháy.

Nấm ăn than phát triển mạnh trong tro than, giúp giải phóng dinh dưỡng và mở hướng phục hồi rừng sau những vụ cháy lớn.

Các nhà nấm học ghi nhận nấm ăn than thường xuất hiện trên đất và gỗ sau cháy. Chúng có thể tạo thành những mảng màu hồng, trắng hoặc những chiếc cốc nhỏ màu cam. Sự hiện diện của chúng thường chỉ kéo dài vài tuần, nhưng vai trò sinh thái lại rất lớn.

Điều khiến nấm ăn than đặc biệt là khả năng sống sót và bùng phát sau cháy. Trong khi nhiều loài thực vật, vi khuẩn và nấm khác bị tiêu diệt, nhóm nấm này lại tận dụng điều kiện mới. Cháy rừng để lại than củi, muội than, tro và nhiều hợp chất giàu carbon. Với nấm ăn than, đó không chỉ là tàn dư, mà là nguồn thức ăn.

Sydney Glassman - nhà sinh thái học vi sinh vật tại Đại học California, Riverside - chú ý đến hiện tượng này khi các khu nghiên cứu của bà hai lần bị cháy trong quá trình làm luận án tiến sĩ. Việc có mẫu trước và sau cháy giúp nhóm nghiên cứu nhận ra một số loài nấm tăng mạnh về số lượng sau hỏa hoạn.

Nấm ăn than có nhiều cách để vượt qua lửa. Một số loài tạo hạch nấm, cấu trúc chịu nhiệt giúp chúng tồn tại cho đến khi điều kiện thuận lợi xuất hiện. Một số loài khác sống sâu trong đất, tránh nhiệt độ khắc nghiệt rồi phát triển khi khu rừng đã bị cháy. Khi cạnh tranh giảm xuống, chúng nhanh chóng chiếm không gian mới.

Vai trò quan trọng nhất của nấm ăn than là khởi động lại vòng tuần hoàn dinh dưỡng. Khi phân hủy than củi và vật chất hữu cơ sau cháy, chúng giải phóng các chất mà cây trồng có thể sử dụng. Chúng cũng góp phần cải thiện cấu trúc đất, giúp nước thấm tốt hơn và hạn chế xói mòn.

Theo Erin Spear - nhà nấm học tại Viện Nghiên cứu Nhiệt đới Smithsonian - khả năng phân hủy các hợp chất trong than củi giúp nấm ăn than thực hiện chức năng sinh thái rất quan trọng. Nhờ đó, đất sau cháy có cơ hội phục hồi, cây con có điều kiện tái sinh và hệ sinh thái dần được nối lại.

Giải mã gen nấm ăn than, mở hướng phục hồi rừng

Dù được giới khoa học quan tâm từ năm 1909, cơ chế giúp nấm ăn than phát triển sau cháy vẫn còn nhiều bí ẩn. Để tìm lời giải, nhóm của Sydney Glassman đã nghiên cứu bộ gen của 18 loài nấm ăn than thu thập tại 7 địa điểm cháy khác nhau ở California.

Các mẫu nấm được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm hơn 5 năm. Nhóm nghiên cứu cho một số loài tiếp xúc với than củi, theo dõi tốc độ tăng trưởng và xác định các gen hoạt động khi nấm phản ứng với môi trường sau cháy. Nghiên cứu được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences vào tháng 1.

Kết quả cho thấy nấm ăn than có những thích nghi di truyền đáng chú ý. Nhóm nghiên cứu tập trung vào các gen mã hóa enzyme phân hủy hợp chất carbon trong than củi, cùng những gen giúp thu nhận nitơ được giải phóng sau cháy. Các gen này tiến hóa theo ba hướng chính.

Thứ nhất là nhân đôi gen. Có thể hiểu đây như cơ chế “sao chép” những gen hữu ích, giúp nấm tạo thêm enzyme để phân hủy cặn cháy. Khi có nhiều công cụ phân giải hơn, nấm tận dụng than củi hiệu quả hơn.

Thứ hai là sinh sản hữu tính. Quá trình này cho phép các gen tái tổ hợp, tạo ra thế hệ con có đặc tính chuyển hóa than mới. Nhờ đó, nấm có thể thích nghi tốt hơn với môi trường biến động sau cháy.

Điểm đáng chú ý nhất là chuyển gen ngang. Khác với truyền gen dọc từ thế hệ trước sang thế hệ sau, chuyển gen ngang giống như việc trao đổi gen giữa các sinh vật không cùng dòng họ trực tiếp. Nhóm nghiên cứu phát hiện một số gen có nguồn gốc từ vi khuẩn đã được chuyển sang tổ tiên của nấm ăn than trong tiến hóa. Đây là hiện tượng hiếm giữa các giới sinh vật.

John Taylor - nhà nấm học tại Đại học California, Berkeley - đánh giá nghiên cứu cung cấp bằng chứng mạnh cho thấy nấm ăn than đã thích nghi để chuyển hóa than củi thông qua chọn lọc tự nhiên. Monika Fischer - nhà nấm học tại Đại học British Columbia - cho rằng, khối dữ liệu từ nghiên cứu là đóng góp lớn cho cộng đồng khoa học.

Ý nghĩa của phát hiện này vượt xa phòng thí nghiệm. Khi cháy rừng gia tăng về cường độ và quy mô, hiểu rõ nấm ăn than có thể giúp tăng tốc phục hồi rừng. Một số loài tạo thảm sợi nấm dày đặc, liên kết đất, hạn chế xói mòn và giữ nước. Khi chết đi, sinh khối của chúng tiếp tục bổ sung chất hữu cơ cho đất.

Một số nấm ăn than còn có khả năng phân hủy hydrocarbon thơm, nhóm hợp chất dạng vòng có trong than cháy. Trong bối cảnh khác, các hợp chất này có thể là chất ô nhiễm và gây hại sức khỏe. Vì vậy, nấm ăn than có thể mở ra hướng làm sạch môi trường bị ô nhiễm, thậm chí gợi ý khả năng xử lý dầu tràn trong tương lai.

Tuy nhiên, giới khoa học vẫn thận trọng. Nấm ăn than chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn, khó quan sát và khó thu thập. Việc ứng dụng chúng để phục hồi rừng cần thêm nghiên cứu về loài phù hợp, điều kiện đất, khí hậu và tác động lâu dài lên hệ sinh thái bản địa.

Dẫu vậy, phát hiện mới cho thấy sau cháy rừng không chỉ có mất mát. Trong tro tàn, nấm ăn than âm thầm phân hủy than, trả lại dinh dưỡng cho đất và tạo nền cho sự sống mới. Hiểu được bí mật di truyền của chúng có thể giúp con người phục hồi những cánh rừng bị thiêu rụi nhanh hơn, bền vững hơn trong bối cảnh khí hậu khắc nghiệt.