Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Từ trẻ mới biết đi ở nhà trẻ đến cây con trong rừng, các sinh vật non có xu hướng dễ bị bệnh hơn so với sinh vật trưởng thành - một hiện tượng từ lâu đã khiến các bậc cha mẹ cũng như các nhà khoa học bối rối.

Các nhà sinh vật học tại Đại học Maryland đã đưa ra những hiểu biết mới về mô hình bí ẩn này trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences. Nghiên cứu mới về cây con cho thấy việc chống lại bệnh tật khi còn nhỏ thường phải trả giá đắt cho sự phát triển và khả năng tiến hóa trong tương lai - hay khả năng sinh sản của chúng.

"Thật là bí ẩn khi các sinh vật non không tiến hóa khả năng kháng bệnh mạnh hơn vì việc mắc bệnh sớm trong cuộc đời có thể gây tử vong", đồng tác giả nghiên cứu Emily Bruns, phó giáo sư sinh học tại UMD, cho biết. "Những phát hiện của chúng tôi cho thấy có một sự đánh đổi tiềm ẩn, ngăn cản chúng có thể chống lại hoàn toàn một căn bệnh.

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu một loài thực vật hoang dã có tên là Silene latifolia (thường được gọi là hoa cẩm chướng trắng) và mối quan hệ của nó với một loại bệnh nấm gọi là anther-smut lây nhiễm cho nó. Bệnh này không giết chết cây nhưng ngăn cản chúng sản xuất phấn hoa, khiến chúng không thể sinh sản - giống như "bệnh lây truyền qua đường tình dục ở cây", Bruns mô tả.

Bằng cách thử nghiệm 45 biến thể di truyền khác nhau của cây Silene trong điều kiện được kiểm soát, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng những cây có khả năng kháng bệnh mạnh hơn khi còn là cây non sẽ cho ra ít hoa và hạt hơn đáng kể trong suốt vòng đời của chúng khi được trồng trên cánh đồng không có bệnh. Trong khi đó, những cây có khả năng kháng bệnh mạnh hơn khi trưởng thành không bị ảnh hưởng như vậy.

"Chúng tôi thấy rằng cây non phải trả 'chi phí' cao hơn để chống lại bệnh tật so với cây trưởng thành", Bruns cho biết. "Cố gắng chống lại nấm khó khăn hơn và tốn kém hơn đối với những cây non này. Chúng chỉ có một lượng năng lượng nhất định để sử dụng. Nếu cây non dành năng lượng đó để chống lại bệnh tật, chúng không thể dùng năng lượng đó cho sự phát triển trong tương lai".

Sử dụng những phát hiện của mình, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình toán học cho thấy rằng những chi phí chống lại mầm bệnh này đủ cao để ngăn chặn sự phát triển khả năng kháng bệnh mạnh hơn ở những cây non. Nếu không có những chi phí này, về mặt lý thuyết, các loài thực vật có khả năng kháng bệnh mạnh hơn ở giai đoạn non sẽ có thể loại bỏ hoàn toàn mầm bệnh. Nhưng vì việc phát triển khả năng kháng bệnh có tác động rất lớn đến cây non nên chúng vẫn dễ bị nhiễm bệnh.

"Một số cây non 'trả giá' và sống sót đến tuổi trưởng thành, nhưng chúng tạo ra ít hoa hơn, nghĩa là chúng ít có khả năng sinh sản hơn", Bruns giải thích. "Nhưng hầu hết vẫn dễ bị tổn thương khi còn là cây non nên điều này đã tạo điều kiện cho mầm bệnh phát triển".

Nhóm nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi những chi phí này không xuất hiện ngay lập tức. Những cây đầu tư vào khả năng kháng bệnh khi còn là cây non trông có vẻ ổn lúc đầu nhưng lại cho ít hoa hơn đáng kể vào năm thứ hai khi khả năng sinh sản thường đạt đỉnh.

Điều thú vị là các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng cây đực phải chịu chi phí cao hơn nhiều cho khả năng kháng bệnh so với cây cái. Bruns lưu ý rằng điều này có thể là do cây đực tạo ra nhiều hoa hơn cây cái để phát tán phấn hoa của chúng rộng rãi nhất có thể - khiến chi phí chuyển hướng tài nguyên sang khả năng kháng bệnh đặc biệt cao đối với cây đực.

Bruns tin rằng những phát hiện của nhóm nghiên cứu có ý nghĩa vượt ra ngoài phạm vi thực vật hoang dã. Vì khả năng mắc bệnh của sinh vật non thúc đẩy dịch bệnh ở nhiều loài, việc hiểu được cơ chế tiến hóa đằng sau mô hình này có thể cung cấp thông tin cho các chiến lược quản lý bệnh trong nông nghiệp, bảo tồn và sức khỏe cộng đồng.

Tiếp theo, Bruns và nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ điều tra xem liệu chi phí kháng bệnh có thể giảm được hay không bằng cách đưa mầm bệnh vào cây muộn hơn một chút khi cây mọc lá thật đầu tiên và không còn dựa vào năng lượng dự trữ. Họ cũng có kế hoạch tìm hiểu xem liệu cây trưởng thành có khả năng kháng bệnh cao hơn có thể bảo vệ cây non gần đó bằng cách giảm sự hiện diện chung của bệnh trong một khu vực cụ thể hay không.

"Thiên nhiên đầy rẫy các bệnh truyền nhiễm", Bruns nói. "Hiểu được các biện pháp kiểm tra và cân bằng khác nhau giữa vật chủ và tác nhân gây bệnh giúp chúng ta hiểu được cách tiến hóa đã định hình những mối quan hệ này trong hàng triệu năm".

Nguồn: Sciencedaily.com