Phát hiện ở sân sau nhà của một cậu bé 8 tuổi đã thực sự thay đổi khoa học mãi mãi

Vào cuối mùa hè hoặc mùa thu, nếu dạo bước trong một khu rừng sồi, bạn sẽ dễ dàng bắt gặp những chiếc lá có đốm với những quả cầu nhỏ, gọn gàng bám trên đó. Những quả cầu này được gọi là galls (u sồi).

Mỗi u sồi thực chất là một "căn phòng" do cây sồi tạo ra, bọc lấy một ấu trùng ong bắp cày non bên trong. Ấu trùng lớn lên an toàn trong khi cây sồi tiếp tục phát triển các bức tường của căn phòng.

Khi những chiếc lá rụng xuống, nhiều u sồi rơi xuống đất, và đó là lúc một mối quan hệ đối tác bất ngờ xuất hiện. Một số loài kiến đã đối xử với những u sồi này như cách chúng đối xử với những hạt giống có lớp vỏ chứa thức ăn. Chúng mang u sồi về tổ, gặm một chút "đồ ăn vặt" bên ngoài, nhưng vẫn giữ nguyên vẹn căn phòng bên trong chứa ấu trùng.

Khám phá này, do các nhà nghiên cứu tại Đại học Penn State và SUNY thực hiện, đã hé lộ một mối tương tác côn trùng – thực vật – côn trùng chưa từng được biết đến trước đây. Nó mở ra một cánh cửa giúp chúng ta hiểu cách các tín hiệu hóa học định hình hành vi và cách các mối quan hệ cộng sinh phức tạp hình thành.

Phát hiện tình cờ của cậu bé Hugo

Mọi chuyện bắt đầu từ một ngày hè, khi cậu bé Hugo Deans, 8 tuổi, phát hiện một cụm quả cầu nhỏ xíu, chỉ bằng hạt bi BB, nằm gần tổ kiến dưới một khúc gỗ mục trong sân sau nhà mình. Cậu bé cho rằng đó là một loại hạt giống nào đó.

Tuy nhiên, cha của cậu, Andrew Deans – một giáo sư côn trùng học tại Đại học Penn State – đã nhận ra ngay đó là u sồi, những khối sinh trưởng bất thường của thực vật do côn trùng gây ra. Điều Giáo sư Deans chưa nhận ra là những u sồi nhỏ bé đó lại chính là manh mối dẫn đến một mối quan hệ phức tạp bất ngờ giữa kiến, ong bắp cày và cây sồi.

Hugo, hiện đã 13 tuổi, kể lại: “Cháu nghĩ chúng là hạt giống. Cháu rất phấn khích vì cháu chưa từng biết kiến lại thu thập hạt giống. Cháu luôn nghĩ kiến chỉ ăn vụn thức ăn quanh nhà thôi.”

Cậu bé nói thêm: "Sau đó cháu còn phấn khích hơn khi bố cháu bảo chúng là u sồi, vì bố cháu cũng rất hào hứng. Cháu đã rất ngạc nhiên vì tại sao kiến lại thu thập u sồi?” Chính sự tò mò của Hugo đã giúp lật đổ những giả định đã tồn tại cả thế kỷ về cách thực vật và côn trùng tương tác.

Sự lừa dối tinh vi của "chiếc mũ" kapéllo

Từ lâu, các nhà sinh vật học đã biết đến một sự trao đổi đơn giản giữa thực vật và kiến, gọi là myrmecochory (sự phân tán hạt giống nhờ kiến). Nhiều hạt giống có một phần phụ béo gọi là elaiosome.

Kiến tha hạt về tổ, cắn phần elaiosome để ăn lấy calo, và vứt bỏ hạt trần ở một nơi an toàn. Đổi lại, cây nhận được sự vận chuyển và một vị trí an toàn để nảy mầm.

Các nhà nghiên cứu đã nhận thấy mô hình tương tự này xảy ra với u sồi do hai loài ong bắp cày cynipid tạo ra: Kokkocynips rileyi và Kokkocynips decidua. U sồi của chúng mọc trên gân lá sồi đỏ và có một chiếc mũ màu nhạt.

Họ đặt tên cho chiếc mũ này là “kapéllo” (từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "mũ"). Qua hình ảnh cận cảnh, người ta thấy kiến nắm lấy kapéllo và tha u sồi đi, trong khi ấu trùng ong vẫn an toàn chờ đợi bên trong.

Bằng chứng hóa học và hành vi

Để xác minh mối quan hệ này, Giáo sư Deans và nhóm của ông đã tiến hành một nghiên cứu trong rừng New York. Họ đặt các đĩa nhỏ chứa hai loại "mồi": mười hạt giống hoa huyết và mười u sồi.

Loài kiến phân tán hạt giống phổ biến tại đó, Aphaenogaster picea, đã nhanh chóng đến làm việc. Chỉ trong khoảng một tiếng rưỡi, lũ kiến đã tha u sồi đi với tốc độ gần như bằng với tốc độ tha hạt giống.

Trong phòng thí nghiệm, khi kiểm tra hành vi, các nhà nghiên cứu nhận thấy kiến tỏ ra quan tâm tương đương đối với cả u sồi và hạt giống. Khi xử lý u sồi, chúng chủ yếu nắm lấy kapéllo; khi xử lý hạt giống, chúng nắm lấy elaiosome.

Một thí nghiệm khác đã chứng minh rằng kiến hoàn toàn phớt lờ những u sồi đã bị loại bỏ phần kapéllo. Chúng chỉ tập trung vào những chiếc mũ kapéllo bị tách rời hoặc những u sồi còn nguyên vẹn. Mẫu hình này chỉ rõ kapéllo chính là điểm thu hút.

Sau đó, phân tích hóa học đã đưa ra bằng chứng cuối cùng: Kapéllo chứa nhiều axit béo tương tự được tìm thấy trong elaiosome của hạt giống, bao gồm axit lauric, palmitic, oleic và stearic. Sự trùng lặp hóa học này giải thích tại sao kiến lại xem kapéllo như elaiosome.

Lợi ích bảo vệ cho ong bắp cày

Khác với hạt giống, ong bắp cày trưởng thành có thể bay, nên mục đích chính của việc vận chuyển không phải là phân tán khoảng cách mà là bảo vệ.

Khi một u sồi được đưa xuống tổ kiến, nó có thể thoát khỏi các loài chim, loài gặm nhấm và đặc biệt là các loài ong bắp cày ký sinh khác đang tìm kiếm thức ăn trên nền rừng. Tổ kiến còn là môi trường được bảo vệ hóa học và chứa các chất kháng khuẩn giúp u sồi chống lại nấm mốc.

Sự tương tác ba chiều này – sồi, ong bắp cày và kiến – cho thấy bất kỳ sinh vật nào có thể tạo ra các phân tử hóa học phù hợp trên bề mặt đều có thể tham gia vào mạng lưới vận chuyển và bảo vệ của kiến.

Quá trình tự nhiên đáng kinh ngạc này đã ẩn mình ngay trước mắt chúng ta, nhưng phải nhờ vào sự tò mò của một cậu bé 8 tuổi mới có thể được phát hiện, từ đó thay đổi mãi mãi các giáo trình sinh học.

Nghiên cứu đầy đủ đã được công bố trên tạp chí American Naturalist .

Nguồn: Earth.com, CAFEF