Khi nhắc đến giới tính, chúng ta thường chỉ nghĩ đến thế giới động vật với những đặc điểm phân biệt rõ ràng giữa đực và cái. Tuy nhiên, thế giới sinh vật nói chung và thực vật cũng rất phức tạp và đa dạng khi nói về phân chia giới tính.
Ngay cả những loài mà chúng ta xếp vào nhóm sinh vật bậc thấp như giới nấm cũng có phân biệt giới tính: sợi đực và cái. Hầu hết các loài loài thực vật cũng có hệ thống phân giới tính rõ ràng và điều này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì đặc trưng của loài, bảo vệ tính duy nhất cũng như tối ưu hóa quá trình sinh sản.
Thực vật cũng đã phát triển nhiều chiến lược độc đáo để sinh sản và duy trì quần thể, từ việc phân giới tính rõ ràng (cây đực, cây cái riêng biệt đến cả giới tính đực cái cùng tồn tại trên một cây) đến sự lựa chon phương thức làm sao để đực cái tiếp hợp thành công: từ tự thụ hoặc giao phấn nhờ gió, mưa, côn trùng…
Bài viết này TS. Nguyễn Văn Biếu sẽ giải thích lý do tại sao thực vật cần phân chia giới tính, tính tương thích sinh học về giới tính của mỗi loài, ý nghĩa của việc phân giới tính và đưa ra một số ví dụ minh họa về sự kỳ lạ trong thế giới thực vật.
Nội dung bài viết
🍀Sơ lược về lý do vì sao thực vật cần phân chia giới tính?
Giới tính trong thực vật là một phần không thể thiếu trong quá trình tiến hóa, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn tính đặc trưng loài và cải thiện chất lượng gene qua từng thế hệ nhằm ngày càng thích nghi tốt hơn với biến đổi của tự nhiên. Phân chia giới tính ở thực vật không chỉ giúp tăng cường tính đa dạng di truyền mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của quần thể.
Trước hết, sự phân chia giới tính giúp ngăn ngừa tình trạng tự thụ phấn, một quá trình mà trong đó phấn hoa của cùng một cây thụ phấn cho noãn hoa trên chính cây đó.
Tự thụ tinh là quá trình có nhiều nguy cơ có thể dẫn đến sự suy giảm chất lượng loài, làm cho cây dễ bị tổn thương trước các tác nhân gây bệnh hoặc điều kiện môi trường khắc nghiệt. Bằng cách tạo ra các cá thể có giới tính riêng biệt, thực vật ưu tiên lựa chọn quá trình thụ phấn chéo, trong đó sẽ ưu tiên phấn hoa từ một cây sẽ thụ phấn cho noãn hoa của một cây khác. Sự thụ phấn chéo giúp tăng cường sự đa dạng di truyền và tạo ra những thế hệ thực vật có khả năng thích nghi cao hơn.
Ngoài ra, phân chia giới tính còn giúp tối ưu hóa các nguồn lực trong quá trình sinh sản. Cây đực và cây cái có thể phát triển các cấu trúc khác nhau để phục vụ mục đích sinh sản.
Chẳng hạn, cây đực thường sản xuất nhiều phấn hoa hơn để tăng cơ hội thụ phấn, trong khi cây cái phát triển các cơ quan sinh sản cái phức tạp hơn để đảm bảo quá trình thụ tinh và hình thành cơ quan lưu giữ các đặc điểm loài và khả năng phát triển thành cây mới (hạt…) để duy trì nòi giống và làm tăng khả năng sống sót của thế hệ con cái.
Tuy vậy, vẫn tồn tại những sinh vật đã thích nghi với tính tự thụ cao (cây lúa) và thậm chí, có thể sinh sản không qua thụ phấn (trinh sinh) cả ở thực vật và một số loài côn trùng, động vật bậc cao. Đây là quá trình đã được mã hóa ngay trong gene và sẽ phát huy trong một số điều kiện cụ thể mà không làm suy thoái loài.
🍀Tính tương thích của mỗi loài để duy trì đặc trưng loài
Tính tương thích trong sinh sản của mọi sinh vật nói chung và thực vật nói riêng là một cơ chế quan trọng để đảm bảo rằng quá trình thụ tinh, thụ phấn diễn ra hiệu quả và thành công.
Điều kỳ lạ mà ít người biết là một trong những cơ chế phổ biến trong giao phấn là “tính tương thích tự miễn dịch” (self-incompatibility). Đây là một hệ thống giúp ngăn chặn quá trình thụ phấn khi phấn hoa và noãn hoa có cùng cấu trúc di truyền. Ví dụ, nếu phấn hoa có gene tương tự như noãn hoa, hệ thống này sẽ ngăn chặn quá trình thụ phấn và thụ tinh để ưu tiên cho sự giao phối diễn ra giữa các cơ quan có sự khác nhau về cấu trúc di truyền, từ đó làm tăng sự đa dạng di truyền để bảo tồn và phát triển loài.
Tính tương thích cũng biểu hiện qua cấu trúc hoa và các yếu tố sinh thái khác. Một số loài thực vật phát triển các cấu trúc hoa phức tạp để hạn chế việc thụ phấn từ các loài không mong muốn.
Chẳng hạn, các loài phong lan có cấu trúc hoa rất đặc biệt, chỉ cho phép một số loài côn trùng nhất định thụ phấn. Điều này đảm bảo rằng phấn hoa được chuyển đúng mục tiêu và không bị lãng phí. Bằng cách duy trì những đặc trưng riêng biệt trong sinh sản, các loài thực vật có thể đảm bảo rằng chúng không chỉ tồn tại mà còn phát triển mạnh mẽ trong môi trường tự nhiên của mình.
🍀Ý nghĩa của việc phân giới tính ở thực vật
– Làm tăng sự đa dạng di truyền, điều này cực kỳ quan trọng để chống lại các tác động của biến đổi khí hậu và bệnh tật. Các quần thể thực vật có tính đa dạng di truyền cao thường có khả năng thích nghi tốt hơn với sự thay đổi của môi trường, đảm bảo rằng chúng có thể phát triển ổn định qua nhiều thế hệ.
– Giúp một số loài côn trùng, động vật và thực vật có thể phát triển các chiến lược sinh sản phức tạp.
Ví dụ, một số loài côn trùng (rệp…), động vật (lươn, cá sấu…) và thực vật có thể thay đổi giới tính của mình tùy theo điều kiện môi trường để tăng cường cơ hội thụ tinh và sinh sản. Điều này cho thấy rằng giới tính ở thực vật không phải là một khái niệm cố định mà có thể biến đổi để thích nghi với hoàn cảnh, điều này mang lại những lợi thế sinh học to lớn cho sự bảo tồn loài.
– Tối ưu hóa nguồn lực trong quá trình sinh sản. Giới tính đực và cái có thể phát triển những đặc điểm chuyên biệt để tăng cường hiệu quả sinh sản.
Ví dụ, cây đực có thể tập trung vào việc sản xuất phấn hoa, trong khi cây cái tập trung vào việc nuôi dưỡng và bảo vệ hạt. Điều này giúp cân bằng và phân bổ hợp lý các nguồn lực sinh sản, tối ưu hóa khả năng sinh tồn của thế hệ tiếp theo.
🍀Vài ví dụ minh họa về sự kỳ lạ trong phân giới tính ở thực vật
📌Cây bạch quả (Ginkgo biloba L.)
Còn gọi cây ngân hạnh, áp cước tử hay công tôn thụ thuộc họ Bạch quả (Ginkgoaceae). Loài này thường được trồng ở Trung Quốc, Hàn Quốc hoặc Nhật Bản và mọc rải rác ở một số tỉnh miền Bắc Việt Nam.
Cây bạch quả 800 tuổi ở Hàn Quốc
Cây bạch quả có hai giới tính riêng biệt: cây đực sản xuất phấn hoa, còn cây cái sản xuất hạt có mùi rất đặc trưng.
Điều thú vị là cây bạch quả có thể sống hàng trăm năm và phải mất vài thập kỷ mới có thể xác định được giới tính của một cây.
Hạt của cây cái có mùi hôi thối mạnh mẽ, được cho là để thu hút các loài động vật ăn quả và giúp phát tán hạt giúp loài có không gian sinh tồn rộng và cơ hội bảo tồn loài cao hơn.
📌Cây cọ dầu (Elaeis guineensis Jacq.)
Cây cọ dầu hay còn gọi dừa dầu là loài thực vật thuộc họ Cau Arecaceae. Cây có khả năng thay đổi giới tính theo thời gian.
Trong chu kỳ phát triển của mình, cây cọ dầu có thể thay đổi từ việc sản xuất hoa đực sang hoa cái, hoặc ngược lại tùy thuộc vào điều kiện môi trường và nhu cầu sinh sản. Điều này giúp cây tối ưu hóa nguồn lực và đảm bảo rằng cả hai giới tính đều được duy trì trong quần thể.
📌Cây dưa chuột (Cucumis sativus L.)
Cây dưa chuột là một loại cây leo thuộc họ Bầu bí (Cucurbitaceae). Dưa chuột là loài thực vật đơn tính cùng gốc, có cả hoa đực và hoa cái trên cùng một cây. Tuy nhiên, cây dưa chuột có thể thay đổi tỷ lệ hoa đực và hoa cái dựa trên các yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm.
Nếu điều kiện không thuận lợi cho việc thụ phấn và tạo quả, cây có thể sản sinh nhiều hoa đực hơn để tăng cơ hội thụ phấn. Ngược lại, nếu gặp điều kiện thuận lợi, cây sẽ sản sinh nhiều hoa cái hơn để tăng sản lượng quả.
📌Cây kiwi (Actinidia deliciosa (A.Chev.) C.F.Liang & A.R.Ferguson))
Kiwi cũng là một ví dụ về sự phân chia giới tính ở thực vật với phân chia cây đực và cây cái riêng biệt. Chỉ có cây cái mới tạo quả, nhưng để quả được thụ phấn và phát triển tốt, cần phải có cây đực trong quần thể.
Điều này khiến việc trồng cây kiwi trở nên phức tạp, vì cần cân nhắc kỹ lưỡng tỷ lệ giữa cây đực và cái mới hoàn thành được quá trình thụ tinh và tạo quả để duy trì loài trong đời sau.
🍀Kết luận
Phân chia giới tính ở thực vật là một hiện tượng sinh học quan trọng và phức tạp, đóng vai trò then chốt trong sự sinh sản duy trì nòi giống, giữ gìn tính đặc thù và độc nhất của mỗi loài trong thế giới tự nhiên.
Hiểu biết về quá trình hình thành cơ quan đực cái, thụ tinh càng đầy đủ về đặc trưng loài, các điều kiện môi trường ảnh hưởng đến các quá trình hình thành cơ quan sinh sản và thụ tinh… sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về sự cần thiết phải bảo tồn tính đa dạng sinh học, mối liên quan giữa các loài trong hệ sinh thái. Đồng thời giúp điều khiển các quá trình đó theo hướng có lợi cho chúng ta nhưng vẫn bảo đảm sự tồn tại và phát triển của mỗi loài.
TS. Nguyễn Văn Biếu
