Loài cây xấu xí nhưng “trường thọ” nhất hành tinh: Sống 3.000 tuổi

Vào năm 1859, nhà thực vật học Friedrich Welwitsch lần đầu tiên nhìn thấy loài cây kỳ diệu này, ông đã thảng thốt, quỳ xuống và nhìn chằm chằm vào nó, không dám chạm vào, một phần vì sợ khi chạm vào thì sẽ giật mình nhận ra đây chỉ là tưởng tượng.Ông đặt tên cho loài cây này là Welwitschia. Phát hiện của ông đã thu thú sự chú ý của các nhà sinh vật học thời bấy giờ và cả ngày nay, bao gồm Charles Darwin.Trong tiếng Afrikaans, loài cây này được đặt tên là “tweeblaarkanniedood”, có nghĩa là “hai chiếc lá không thể chết”. Cái tên này là mô tả hoàn hảo về cây Welwitschia: Cây chỉ mọc hai lá trong suốt cuộc đời, và hai chiếc lá này cứ thế phát triển suốt hàng thiên niên kỷ. Andrew Leitch, một nhà nghiên cứu di truyền học thực vật tại Đại học Queen Mary(London), cho biết hầu hết cây Welwitschia chỉ phát triển một chiếc lá thôi. Loài cây này có thể sống qua hàng nghìn năm, và không bao giờ ngừng phát triển. Khi ngừng phát triển, cây sẽ chết.Một số cây Welwitschia lớn tuổi nhất được cho là đã tồn tại được hơn 3.000 năm, với hai chiếc lá phát triển đều đặn từ đầu Thời đại đồ sắt. Theo một nghiên cứu được công bố vào tháng 7/2021 trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu đã báo cáo một số bí mật di truyền đằng sau hình dáng độc đáo, tuổi thọ cao và khả năng phục hồi mạnh mẽ của Welwitschia.Bộ gen của Welwitschia phản ánh môi trường khô cằn và nghèo dinh dưỡng cho thực vật xung quanh nó. Và lịch sử di truyền của cây dường như tương đồng với lịch sử của môi trường sống. Tao Wan, nhà thực vật học tại Vườn Bách thảo Fairy Lake ở Thâm Quyến (Trung Quốc), tác giả chính của nghiên cứu này cho biết, cách đây khoảng 86 triệu năm, sau một sai lầm trong quá trình phân chia tế bào, bộ gen của Welwitschia đã nhân đôi khi hạn hán kéo dài - đây có thể là sự hình thành của sa mạc Namib. Những "căng thẳng tột độ" thường liên quan đến hiện tượng sao chép bộ gen như vậy.Tuy nhiên, hoạt động cơ bản nhất cho sự sống là sao chép DNA, vì vậy nếu có một bộ gen lớn thì việc duy trì sự sống sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng, đặc biệt là trong một môi trường khắc nghiệt.Vậy nên việc sao chép gen không tốt cho Welwitschia một chút nào. Đáng ngại hơn, một lượng lớn bộ gen của Welwitschia là các chuỗi DNA tự sao chép "rác" được gọi là retrotransposons.Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một "đợt bùng nổ" hoạt động của các retrotransposon từ một đến hai triệu năm trước, rất có thể là do áp lực nhiệt độ tăng lên.Nhưng để chống lại điều này, bộ gen Welwitschia đã trải qua những thay đổi biểu sinh lan rộng khiến các chuỗi DNA rác này im lặng, thông qua một quá trình gọi là methyl hóa DNA.Tiến sĩ Wan cho biết, quá trình này đã giảm đáng kể kích thước và chi phí duy trì năng lượng của thư viện DNA nhân bản của Welwitschia, giúp Welwitschia có được “một bộ gen rất hiệu quả”. Phát hiện về việc thực vật có khả năng bảo tồn DNA và protein sẽ giúp đem lại những cải tiến lớn về nông nghiệp, cụ thể là giúp tạo ra các hạt giống khỏe mạnh hơn và có thể phát triển tốt tại khu vực khô cằn.

Vào năm 1859, nhà thực vật học Friedrich Welwitsch lần đầu tiên nhìn thấy loài cây kỳ diệu này, ông đã thảng thốt, quỳ xuống và nhìn chằm chằm vào nó, không dám chạm vào, một phần vì sợ khi chạm vào thì sẽ giật mình nhận ra đây chỉ là tưởng tượng.

Ông đặt tên cho loài cây này là Welwitschia. Phát hiện của ông đã thu thú sự chú ý của các nhà sinh vật học thời bấy giờ và cả ngày nay, bao gồm Charles Darwin.

Trong tiếng Afrikaans, loài cây này được đặt tên là “tweeblaarkanniedood”, có nghĩa là “hai chiếc lá không thể chết”. Cái tên này là mô tả hoàn hảo về cây Welwitschia: Cây chỉ mọc hai lá trong suốt cuộc đời, và hai chiếc lá này cứ thế phát triển suốt hàng thiên niên kỷ.

Andrew Leitch, một nhà nghiên cứu di truyền học thực vật tại Đại học Queen Mary(London), cho biết hầu hết cây Welwitschia chỉ phát triển một chiếc lá thôi. Loài cây này có thể sống qua hàng nghìn năm, và không bao giờ ngừng phát triển. Khi ngừng phát triển, cây sẽ chết.

Một số cây Welwitschia lớn tuổi nhất được cho là đã tồn tại được hơn 3.000 năm, với hai chiếc lá phát triển đều đặn từ đầu Thời đại đồ sắt.

Theo một nghiên cứu được công bố vào tháng 7/2021 trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu đã báo cáo một số bí mật di truyền đằng sau hình dáng độc đáo, tuổi thọ cao và khả năng phục hồi mạnh mẽ của Welwitschia.

Bộ gen của Welwitschia phản ánh môi trường khô cằn và nghèo dinh dưỡng cho thực vật xung quanh nó. Và lịch sử di truyền của cây dường như tương đồng với lịch sử của môi trường sống.

Tao Wan, nhà thực vật học tại Vườn Bách thảo Fairy Lake ở Thâm Quyến (Trung Quốc), tác giả chính của nghiên cứu này cho biết, cách đây khoảng 86 triệu năm, sau một sai lầm trong quá trình phân chia tế bào, bộ gen của Welwitschia đã nhân đôi khi hạn hán kéo dài - đây có thể là sự hình thành của sa mạc Namib. Những "căng thẳng tột độ" thường liên quan đến hiện tượng sao chép bộ gen như vậy.

Tuy nhiên, hoạt động cơ bản nhất cho sự sống là sao chép DNA, vì vậy nếu có một bộ gen lớn thì việc duy trì sự sống sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng, đặc biệt là trong một môi trường khắc nghiệt.

Vậy nên việc sao chép gen không tốt cho Welwitschia một chút nào. Đáng ngại hơn, một lượng lớn bộ gen của Welwitschia là các chuỗi DNA tự sao chép "rác" được gọi là retrotransposons.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một "đợt bùng nổ" hoạt động của các retrotransposon từ một đến hai triệu năm trước, rất có thể là do áp lực nhiệt độ tăng lên.

Nhưng để chống lại điều này, bộ gen Welwitschia đã trải qua những thay đổi biểu sinh lan rộng khiến các chuỗi DNA rác này im lặng, thông qua một quá trình gọi là methyl hóa DNA.

Tiến sĩ Wan cho biết, quá trình này đã giảm đáng kể kích thước và chi phí duy trì năng lượng của thư viện DNA nhân bản của Welwitschia, giúp Welwitschia có được “một bộ gen rất hiệu quả”.

Phát hiện về việc thực vật có khả năng bảo tồn DNA và protein sẽ giúp đem lại những cải tiến lớn về nông nghiệp, cụ thể là giúp tạo ra các hạt giống khỏe mạnh hơn và có thể phát triển tốt tại khu vực khô cằn.