Một cơ chế phản ứng đầy kinh ngạc trước các đợt bùng phát dịch hại
Bằng cách chủ động lùi thời điểm nảy lá chỉ khoảng ba ngày, cây sồi đã tạo ra một "cái bẫy" sinh học hoàn hảo, khiến lũ sâu bướm vừa nở phải đối mặt với tình trạng kiệt quệ nguồn thức ăn ngay từ buổi bình minh của mùa xuân. Khám phá mới về cơ chế tự vệ thông minh này vừa được nhóm nghiên cứu quốc tế công bố trên tạp chí danh tiếng Nature Ecology & Evolution.
Trong các hệ sinh thái rừng mỗi khi xuân về, thời điểm luôn đóng vai trò quyết định đến sự sinh tồn. Nhiều loài côn trùng, đặc biệt là sâu ăn lá, thường căn chỉnh thời gian nở trùng khớp với giai đoạn cây nảy những mầm lá non mềm và giàu dinh dưỡng nhất. Sự đồng bộ hoàn hảo đó cho phép lũ sâu bướm tiếp cận nguồn thức ăn ngay lập tức để duy trì vòng đời.
Tuy nhiên, loài sồi đã phát triển một cơ chế phản ứng đầy kinh ngạc trước các đợt bùng phát dịch hại. Nếu bị sâu tấn công dữ dội trong năm nay, cây sẽ thay đổi lộ trình sinh trưởng vào mùa xuân năm sau bằng cách trì hoãn thời điểm nảy lá. Đối với lũ sâu bướm, sự chậm trễ tưởng chừng rất nhỏ này lại dẫn đến những hậu quả mang tính sống còn. Khi trứng sâu nở ra, nguồn thức ăn thiết yếu vẫn còn nằm gọn trong các chồi kín, đẩy chúng vào tình thế không có gì để duy trì sự sống.
Sự điều chỉnh đơn giản nhưng tinh tế trên mang lại hiệu quả bảo vệ thực vật đáng kinh ngạc. Việc lùi lịch trình chỉ vài ngày đã làm suy giảm mạnh tỷ lệ sống sót của côn trùng, đồng thời giảm bớt hơn 55% mức độ thiệt hại cho tán lá.
Cơ chế phòng vệ chủ động trước các mối đe dọa sinh học
Tiến sĩ Soumen Mallick, chuyên gia tại Trung tâm Sinh học thuộc Đại học Würzburg và là tác giả chính của công trình, nhận định chiến thuật trì hoãn mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với các cơ chế phòng vệ bằng hóa chất. Thông thường, để sản sinh ra các chất tannin có vị đắng nhằm xua đuổi sâu hại, cây phải tiêu tốn một lượng năng lượng khổng lồ. Vì vậy, việc điều chỉnh thời điểm nảy lá trở thành một phương thức tự vệ thông minh và tối ưu hóa nguồn lực hơn.
Những phát hiện mới đã thay đổi hoàn toàn quan niệm trước đây về quy luật bắt đầu mùa xuân trong rừng. Thay vì chỉ phản ứng thụ động với các yếu tố nhiệt độ hay thời tiết, cây cối hoàn toàn có khả năng điều chỉnh chu kỳ sinh trưởng dựa trên các mối đe dọa sinh học như sự bùng phát của côn trùng.
Để giải mã quy luật này trên quy mô diện rộng, các nhà khoa học đã kết hợp giữa nghiên cứu sinh thái thực địa và công nghệ viễn thám tiên tiến. Thay vì chỉ quan sát đơn lẻ từng cá thể trên mặt đất, nhóm tác giả đã giám sát một khu vực rừng rộng tới 2.400 km² tại vùng Bắc Bavaria thông qua hệ thống vệ tinh radar Sentinel-1.
Điểm ưu việt của cảm biến radar nằm ở khả năng xuyên thấu các lớp mây dày để thu thập dữ liệu chính xác về tán rừng. Trong giai đoạn 5 năm từ 2017 đến 2021, nhóm chuyên gia đã xử lý 137.500 quan sát với độ phân giải chi tiết tới từng gốc cây. Đợt bùng phát lớn của loài sâu bướm đêm Gypsy vào năm 2019 đã trở thành cơ hội vàng để ghi lại chính xác cách thức những cây bị ăn trụi lá phản ứng quyết liệt vào năm kế tiếp.
Cuộc giằng co tiến hóa giữa biến đổi khí hậu và áp lực sinh học
Kết quả nghiên cứu góp phần lý giải nguyên nhân khiến nhiều cánh rừng không chuyển xanh sớm như các mô hình dự báo dựa trên sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu. Hiểu biết này đặc biệt quan trọng đối với các nỗ lực bảo tồn thực tế, khi nhiều dự báo hiện nay đang tập trung quá mức vào nhiệt độ mà bỏ qua sự tương tác phức tạp giữa thực vật và côn trùng.
Hiện nay, loài sồi đang phải duy trì trạng thái cân bằng mong manh. Trong khi điều kiện ấm lên do biến đổi khí hậu thúc đẩy cây ra lá sớm hơn, áp lực từ dịch hại lại buộc loài thực vật này phải trì hoãn quá trình đó. Lợi thế lớn nhất của chiến lược này chính là tính linh hoạt. Cây chỉ thực hiện việc lùi thời điểm nảy lá sau khi thực sự trải qua sự tấn công của sâu bệnh, ngăn cản côn trùng kịp thích nghi với những thay đổi về thời gian.
Giáo sư Andreas Prinzing từ Đại học Rennes đánh giá sự tương tác năng động này là minh chứng tiêu biểu cho khả năng phục hồi và thích nghi phi thường của rừng tự nhiên trong một thế giới đầy biến động. Các bước nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung đi sâu tìm hiểu chi tiết hơn về các tín hiệu di truyền đứng sau cơ chế điều phối thời gian đầy thú vị này.
