“Vũ khí hoá học” đầu tiên trên thế giới là... hoa đỗ quyên

“Vũ khí hoá học” đầu tiên trên thế giới là... hoa đỗ quyên

Philip Stevenson (Nhà hoá học thực vật) và Alison Scott-brown (Nhà thực vật/côn trùng học) từ Cục Nguồn vốn tự nhiên và bảo hộ thực vật tại vườn thực vật hoàng gia Kew (Vương quốc Anh) đã có bài công bố về độ c tính của các chất hoá học tự nhiên có trong mật và lá Hoa Đỗ quyên.

Tuy mang trong mình màu sắc đa dạng và đẹp mắt nhưng hoa đỗ quyên lại tiềm ẩn những nguy hiểm chết người mà hầu như ai cũng không biết đến.

Philip Stevenson (Nhà hoá học thực vật) và Alison Scott-brown (Nhà thực vật/côn trùng học) từ Cục Nguồn vốn tự nhiên và bảo hộ thực vật tại vườn thực vật hoàng gia Kew (Vương quốc Anh) đã có bài công bố về độc tính của các chất hoá học tự nhiên có trong mật và lá Hoa Đỗ quyên.

1. Vũ khí hoá học mới từ thực vật

Đỗ quyên được cho là loài hoa dùng để sản xuất “vũ khí hoá học” đầu tiên trên thế giới. Theo lịch sử của người Thổ Nhỹ Kỳ chép lại, trước đây người ta đã dùng một loại “mật ong điên” để gây mê quân địch. Thứ “mật ong điên” này được ong lấy từ mật hoa đỗ quyên tại khu vực miền bắc Thổ Nhỹ Kỳ.

Vua Mithridates VI xứ Pontos là một trong những người đầu tiên nghĩ ra cách sử dụng các loại độc từ tự nhiên, ông ta đã sắp xếp những tổ ong mật hoa đỗ quyên như một cái bẫy, đặt dọc các lề đường trước khi quân La Mã của Pompey đi đến. Khi những binh lính của Pompey bắt gặp những tổ ong này trên đường, họ đã không biết được sự nguy hiểm của chúng mà nhanh chóng uống mật ong và bị trúng độc. Khi chất độc lan trong cơ thể, họ hoàn toàn không thể chống cự trước sự tấn công của đội quân Mithridates VI vốn đã mai phục trước đó.

Mithridate là kẻ thù khiến đế chế La Mã kinh sợ sau khi đầu độc 80.000 quân La Mã hùng mạnh trong trận đánh này. (Ảnh: Pinterest)

2. Hoá chất bảo vệ của Hoa Đỗ quyên

Trong hoa đỗ quyên có loại độc tố mang tên Grayanotoxin. Chúng là những axit diterpeniod bị oxy hoá được sản sinh tại tất cả các bộ phận, đóng vai trò như một hoá chất bảo vệ cây khỏi các loại côn trùng. Các nghiên cứu gần đây tại phòng thí nghiệm Jodrell tại Kew của Scott-Brown và các đồng nghiệp chứng minh rằng độc tố Grayanotoxin chính là một loại vũ khí mà Đỗ quyên dùng để bảo vệ mình khỏi sự tấn công của côn trùng gây hại.

Bọ trĩ là một trong những kẻ thù của hoa đỗ quyên trong tự nhiên. (Ảnh: Kew Gardens)

Bọ trĩ là loài côn trùng cánh nhỏ gây hại cho ngành nông nghiệp và trồng trọt khắp nơi trên thế giới, sức tàn phá của chúng rất lớn. Đặc biệt là loài rầy lửa (tên khoa học Heliothrips haemorrhoidalis), thường xuyên gây hại tới thực vật trong các nhà kính tại Kew. Những con rầy này đã ăn lá Hoa Đỗ quyên đỏ được trồng trong nhà kính tại Kew, một loài hoa nguồn gốc từ Trung Quốc, Đài Loan và Miến Điện. Nhưng điều kỳ lạ là, những con rầy đó hiếm khi ăn 5-10 chiếc lá khoẻ nhất và được mọc mới mỗi năm. Đây là những chiếc lá non nhất, mọc vào mùa xuân trước khi hoa nở. Có vẻ như những chiếc lá này là những mô lá quan trọng nên đã được bảo vệ.

Hình ảnh cho thấy rầy lửa ít khi ăn 5-10 chiếc lá khoẻ nhất và được mọc mới mỗi năm. (Ảnh: Kew Gardens)

Phân tích hoá học tại Kew cho biết chúng chứa hàm lượng độc tố Grayanotoxin cao – chính là hợp chất đã được sử dụng để đầu độc quân Pompey. Các nghiên cứu sinh học kiểm tra độc tố phân lập từ các loài thực vật kháng bọ trĩ tại Kew tiết lộ rằng chính độc tố Grayanotoxin đã bảo vệ những chiếc lá khỏi bọ trĩ. Thật thú vị khi biết rằng có những hợp chất hiện diện trong các mô thực vật chỉ với chức năng bảo tồn năng lượng và bảo vệ những chiếc lá quan trọng nhất mỗi năm. Những nghiên cứu mới nhất tại Kew cũng đưa ra bằng chứng khoa học đầu tiên rằng độc tố Grayanotoxins là một cơ chế bảo vệ tự nhiên của hoa Đỗ quyên trước các động vật ăn cỏ.

3. Mật độc

Thực vật có cơ chế phòng vệ tự nhiên bằng việc tổng hợp các hoá chất phòng thủ, hoa đỗ quyên cũng không phải ngoại lệ. Nhưng điều khó hiểu là tại sao loài cây này lại tiết ra độc tố vào mật hoa, thứ thường là thức ăn cho côn trùng, đặc biệt là các loài ong. Ai đó có thể nghĩ rằng như vậy sẽ gây hại cho động vật và khiến chúng không muốn thụ phấn cho cây?

Qua một nghiên cứu giữa Kew và Giáo sư Jeri Wright tại Đại học Newcastle lại cho thấy caffeine – thành phần chính trong cây cà phê, chúng cũng có vai trò như độc tố Grayanotoxin – giúp chống lại côn trùng và có trong mật hoa.  Tuy nhiên, nồng độ caffeine có trong mật hoa cà phê rất thấp để ong nhận biết nhưng vẫn có tác động dược lý đáng kể. Caffeine làm tăng khả năng liên tưởng giữa mùi hoa với thức ăn, khiến ong muốn quay lại và thụ phấn cho hoa (Wright và cộng sự, 2013; Couvillon và cộng sự, 2015).

Chất caffeine trong cà phê có tác dụng tương tự như độc tố Grayanotoxin trong hoa đỗ quyên. (Ảnh: bee.abee.site)

Qua hợp tác với Giáo sư Jane Stout tại Đại học Trinity (Hoa Kỳ), các công trình nghiên cứu cho thấy loài ong nghệ Bombus terrestris thường thụ phấn cho hoa Đỗ quyên nên Philip Stevenson và Alison Scott-brown đã nghiên cứu sâu hơn loài ong này.

Trước tiên, họ sử dụng một thiết bị phân tích tại các phòng thí nghiệm ở Kew để phân tách riêng độc tố từ hoa. Sau đó sử dụng quang phổ khối và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân để phân tích cấu trúc hoá học, sau đó xác định lượng chất hoá học có trong mật hoa (nói cách khác là tìm hiểu lượng độc tố mà ong tiêu thụ). Đây là lần đầu tiên độc tố này được xác định và định lượng trong mật hoa từ những bông hoa được ong thụ phấn, dẫu rằng mật hoa đỗ quyên đã được cho là độc hại hàng nghìn năm qua.

4. Vậy độc tố trong hoa đỗ quyên có tác động gì tới ong?

Sau khi độc tố được phát hiện và phân lập, nghiên cứu sinh Erin-Jo Tiedeken đã thử nghiệm chúng trên các loài ong. Ong nghệ không thể phát hiện loại độc tố này với nồng độ trong tự nhiên nên có thể khẳng định rằng độc tố này không hề xua đuổi ong đi, thậm chí sau 30 ngày hút mật ở nồng độ tự nhiên, các con ong vẫn khoẻ. Tuy nhiên, khi các con ong ăn mật hoa, chúng chết chỉ sau vài giờ. Thật ngạc nhiên khi chúng tôi biết rằng tại Thổ Nhĩ Kỳ cũng có loài ong mật một nửa bản địa thụ phấn cho hoa đỗ quyên và làm mật từ đó.

Khi thí nghiệm với loài thứ ba, ong mỏ Andrena scotica (chocolate mining bee), độc tố này cũng gây hại cho loài này. Mặc dù không làm gia tăng tỉ lệ chết ở ong, chất này cũng tác động lớn tới các hoạt động quan trọng của ong để kiếm ăn như thời gian bay và tăng thời gian chải lông, cũng như xuất hiện các biểu hiện như khi bị trúng độc.

5. Vậy tại sao mật hoa lại có độc?

Có khả năng rằng, độc tố là một thích ứng cho phép thực vật loại bỏ những loài ong không thích hợp và bảo tồn mật hoa cho những loài ong có khả năng chịu được độc tố. Ong nghệ vì thế thường đậu trên hoa đỗ quyên lâu hơn rồi giúp thụ phấn từ hoa này tới hoa khác. Vậy là hoa đỗ quyên và ong nghệ, đôi bên đều có lợi. Sự chuyên hoá này không phải hiếm gặp trong tương tác thụ phấn, đóng vai trò như một cơ chế để tối ưu hóa chuyển giao phấn hoa.

Giống như những đội quân La Mã, các quần đảo của Anh cũng đã bị xâm chiếm bởi độc tố của loài hoa này. Liệu có phải những chú ong nghệ đáng yêu của nước Anh là người đã giúp loài hoa này bao phủ một vùng thiên nhiên rộng lớn tại đây?

Vì là loài xâm chiếm mạnh, đỗ quyên có thể chiếm chỗ của những loài thực vật bản địa, nguồn thức ăn cho các loài ong bản địa và những loại mật ong khác. Hoa đỗ quyên và ong nghệ đồng hành cùng tồn tại và hai loài này sẽ đẩy lùi các loài khác nếu chúng phát triển mạnh mẽ. Dù chúng ta có yêu những chú ong nghệ đến mức nào, sẽ luôn phải có sự tồn tại của các sinh vật hoang dã khác để duy trì sự đa dạng và cân bằng hệ sinh thái.

6. Sự thay đổi hoá học của loài xâm lấm

Cùng với một nghiên cứu sinh tiến sĩ khác tại Đại học Trinity, Paul Egan, Philip Stevenson và Alison Scott-brown đã tiến hành phân tích hoá học các quần thể hoa đỗ quyên trên quy mô lớn tại Ireland và so sánh với nồng độ độc tố của hoa tại Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, nơi bắt nguồn của loài hoa này.

Lượng độc tính của mật hoa biến đổi khi xâm lấn, khi xâm lấn thì số lượng này ít hơn: trong 5 cây xâm lấn thì có một cây không có độc tố trong mật, trong đó, các chất hoá học khác trong mật hoa mà không gây độc hại với ong thì lại thay đổi rất ít. Cụ thể, độc tố Grayanotoxin và độc tính riêng của nó với một số loài ong có thể đã bị ảnh hưởng bởi quá trình xâm chiếm thông qua chọn lọc thụ phấn nhờ côn trùng. Nói cách khác, trong quá trình xâm lấn, việc thụ phấn sẽ bị hạn chế do có ít loài phù hợp có thể thích ứng với độc tố. Cho nên, thực vật đã giảm nồng độ hoặc làm độc tố biến mất khỏi mật hoa để đảm bảo sự thụ phấn vẫn được diễn ra.

Theo Đại Kỷ Nguyên
Link nguồn: https://www.dkn.tv/khoa-hoc-cong-nghe/hoa-do-quyen-vu-khi-hoa-hoc-dau-tien-tren-the-gioi.html

Tin cùng chuyên mục
Tin mới nhất