Cỏ ba lá trắng (Trifolium repens) mọc ở trung tâm nhiều thành phố thường mất khả năng tiết xyanua để tự vệ, trong khi cây cùng loài ở ngoại ô và nông thôn vẫn giữ. Dự án GLUE công bố trên tạp chí Science năm 2022 đã lấy mẫu khoảng 110 nghìn cây ở 160 thành phố thuộc 26 quốc gia, và thấy xu hướng này lặp lại ở nhiều thành phố trên khắp thế giới. Đây là một trong những bằng chứng quy mô lớn nhất cho thấy đô thị đang làm sinh vật tiến hoá theo cùng một hướng.
Cây cỏ biết "nhả độc"
Cỏ ba lá trắng là loài cỏ thấp, lá ba chét, hoa trắng tròn, mọc khắp các bãi cỏ, công viên, ven đường ở vùng ôn đới. Nó có nguồn gốc châu Âu và Tây Á, rồi theo con người tới gần như mọi châu lục.
Nhiều cây cỏ ba lá có một cơ chế tự vệ đặc biệt gọi là sinh xyanua (cyanogenesis). Cây cất giữ hai thứ ở hai chỗ khác nhau trong tế bào:
- Một nhóm hợp chất đường gắn gốc xyanua, nằm trong không bào.
- Một enzyme có thể cắt các hợp chất đó, nằm ở chỗ khác.
Khi lá còn nguyên, hai thứ không gặp nhau. Khi ốc sên, sâu hay động vật ăn cỏ cắn nát lá, tế bào vỡ, enzyme gặp hợp chất và giải phóng khí hydro xyanua có vị đắng, gây hại cho kẻ ăn. Giống như một quả "bom hai thành phần", chỉ kích hoạt khi bị phá.
Hai gen, bốn kiểu cây
Khả năng này do hai gen chính điều khiển: một gen quyết định cây có tạo hợp chất chứa xyanua hay không, gen kia quyết định có tạo enzyme hay không. Cây phải có bản hoạt động của cả hai gen mới sinh xyanua được.
| Có hợp chất | Có enzyme | Sinh xyanua khi bị cắn? |
|---|---|---|
| Có | Có | Có |
| Có | Không | Không |
| Không | Có | Không |
| Không | Không | Không |
Vì đặc điểm này dễ đo bằng một xét nghiệm đơn giản trên lá, và do gen rõ ràng, cỏ ba lá trắng là đối tượng lý tưởng để nghiên cứu tiến hoá.
Xyanua có lợi, nhưng cũng có giá
Từ giữa thế kỷ 20, các nhà thực vật học đã biết tỉ lệ cây sinh xyanua thay đổi theo địa lý. Ở châu Âu, cây sinh xyanua phổ biến ở vùng ấm phía nam và tây, hiếm hơn ở vùng lạnh phía bắc và đông, cũng như ở vùng núi cao. Giải thích được nhiều người chấp nhận là sự đánh đổi:
- Lợi: nơi có nhiều ốc sên và động vật ăn cỏ, xyanua giúp cây bị ăn ít hơn.
- Hại: tạo và cất giữ các chất này tốn năng lượng. Ở nơi lạnh, có giả thuyết cho rằng băng giá làm vỡ tế bào và cây tự "đầu độc" mình. Nơi ít kẻ ăn cỏ, cái giá không đáng bỏ ra.
Như vậy, tỉ lệ cây sinh xyanua ở một nơi phụ thuộc vào cán cân giữa áp lực từ kẻ ăn và chi phí do môi trường.
Từ Toronto ra toàn cầu
Khoảng giữa thập niên 2010, nhóm của nhà sinh học Marc Johnson ở Đại học Toronto đo tỉ lệ cây sinh xyanua dọc các tuyến đi từ trung tâm Toronto ra vùng nông thôn. Họ thấy tỉ lệ thấp ở trung tâm và tăng dần ra ngoại ô. Kết quả tương tự ở một số thành phố khác tại Bắc Mỹ, nhưng không phải tất cả.
Để biết đây là quy luật chung hay chỉ là chuyện riêng vài nơi, nhóm khởi xướng Dự án Tiến hoá Đô thị Toàn cầu (GLUE). Hàng trăm nhà nghiên cứu ở nhiều nước cùng làm một việc theo cùng một quy trình: đi dọc từ trung tâm thành phố ra nông thôn, hái lá cỏ ba lá ở nhiều điểm, rồi xét nghiệm xyanua. Kết quả công bố năm 2022 trên Science:
- Khoảng 110 nghìn cây từ 160 thành phố ở 26 quốc gia được kiểm tra.
- Ở nhiều thành phố, tỉ lệ cây sinh xyanua giảm dần khi đi vào trung tâm.
- Không phải thành phố nào cũng cho kết quả như vậy, và độ mạnh của xu hướng khác nhau tuỳ nơi.
- Phân tích hệ gen cho thấy ở một số thành phố, mức khác biệt khó giải thích chỉ bằng trôi dạt ngẫu nhiên, gợi ý có chọn lọc tự nhiên.
Điều đặc biệt là các thành phố này ở những châu lục khác nhau, khí hậu khác nhau, lịch sử khác nhau. Việc cùng một thay đổi xuất hiện ở nhiều nơi là dấu hiệu mạnh của tiến hoá song song: môi trường đô thị, dù ở đâu, có những điểm chung đủ để đẩy sinh vật theo cùng một hướng.
Vì sao thành phố lại chọn cây không độc
Câu hỏi này vẫn đang được tranh luận, và câu trả lời có thể khác nhau tuỳ thành phố. Các giả thuyết chính:
- Ít kẻ ăn cỏ hơn. Bãi cỏ thành phố bị cắt thường xuyên, ít ốc sên và động vật ăn cỏ hơn đồng cỏ nông thôn, nên lợi ích của xyanua giảm.
- Mùa đông khắc nghiệt hơn với cây nhỏ. Ở Toronto, có giả thuyết rằng trung tâm thành phố ít tuyết phủ hơn vì nhiệt toả ra và tuyết bị dọn. Không có lớp tuyết cách nhiệt, cây chịu lạnh trực tiếp, và cây sinh xyanua có thể chịu bất lợi.
- Khô hạn và nhiệt độ. Ở một số thành phố, đặc biệt nơi khí hậu khô, mức độ khác nhau về độ ẩm giữa đô thị và nông thôn có thể đóng vai trò.
Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng "đô thị" không phải một yếu tố duy nhất, mà là một tổ hợp nhiều thay đổi cùng lúc: nhiệt, ánh sáng, đất bê tông, ô nhiễm, cắt cỏ, ít động vật. Tách được cái nào quan trọng nhất là việc khó.
Những ví dụ tiến hoá đô thị khác
Cỏ ba lá không đơn độc. Các nhà sinh học đô thị đã ghi nhận nhiều thay đổi khác:
- Cây Crepis sancta ở Montpellier, Pháp: loài cây họ cúc này cho hai kiểu hạt, hạt nhẹ có lông bay theo gió và hạt nặng rơi gần gốc. Cây mọc trong những ô đất nhỏ quanh gốc cây trên vỉa hè có tỉ lệ hạt nặng cao hơn, vì hạt bay đi thường rơi xuống bê tông và chết.
- Chuột chân trắng ở công viên New York: các quần thể trong những công viên bị đường phố chia cắt có khác biệt di truyền với nhau, và có dấu hiệu chọn lọc ở các gen liên quan tới tiêu hoá, có thể do thức ăn đô thị.
- Chim và tiếng ồn: ở nhiều thành phố, một số loài chim hót với âm vực cao hơn để át tiếng xe cộ. Phần lớn thay đổi này có thể là học tập hoặc điều chỉnh tức thời, chưa chắc là tiến hoá di truyền.
Điểm cần phân biệt: không phải mọi thay đổi ở sinh vật thành phố đều là tiến hoá. Nhiều thay đổi là tập tính hoặc mềm dẻo kiểu hình. Cỏ ba lá có giá trị đặc biệt vì đặc điểm của nó do gen quyết định rõ ràng.
Góc nhìn hôm nay
Hơn một nửa dân số thế giới sống ở thành phố, và đô thị đang mở rộng nhanh. Nghiên cứu cỏ ba lá cho thấy thành phố không chỉ là nơi sinh vật "chịu đựng" con người, mà còn là môi trường chọn lọc thực thụ, đang định hình lại các loài sống cùng ta.
Dự án GLUE còn để lại một bài học về cách làm khoa học: một câu hỏi đơn giản, một phương pháp rẻ và dễ làm, cộng với sự hợp tác của hàng trăm người ở nhiều nước, có thể cho ra kết quả mà không một phòng thí nghiệm nào làm được một mình. Ở Việt Nam, cỏ ba lá trắng hiếm gặp ngoài vùng cao mát mẻ như Đà Lạt, nhưng những câu hỏi tương tự hoàn toàn có thể đặt ra với cỏ dại, côn trùng hay thằn lằn trong các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh.
Câu hỏi thường gặp
Cỏ ba lá trắng có độc không?
Nhiều cây cỏ ba lá trắng có khả năng giải phóng một lượng nhỏ hydro xyanua khi lá bị cắn nát, để chống ốc sên và động vật ăn cỏ. Không phải cây nào cũng có khả năng này; cây cần đủ hai gen mới sinh xyanua được.
Tiến hoá đô thị là gì?
Tiến hoá đô thị là những thay đổi di truyền ở sinh vật do môi trường thành phố tạo ra, như nhiệt độ cao hơn, đất bị bê tông hoá, ô nhiễm và ít động vật ăn cỏ. Cỏ ba lá trắng mất khả năng sinh xyanua ở trung tâm nhiều thành phố là ví dụ tiêu biểu.
Dự án GLUE là gì?
GLUE là Dự án Tiến hoá Đô thị Toàn cầu, do các nhà nghiên cứu ở Đại học Toronto khởi xướng. Hàng trăm nhà khoa học đã lấy mẫu cỏ ba lá trắng ở 160 thành phố thuộc 26 quốc gia, kết quả công bố trên tạp chí Science năm 2022.
Vì sao cỏ ba lá ở thành phố mất xyanua?
Nguyên nhân chính xác vẫn còn tranh luận. Các giả thuyết gồm thành phố ít động vật ăn cỏ hơn nên xyanua không còn lợi, mùa đông ít tuyết phủ khiến cây chịu lạnh hơn, và khác biệt về độ khô hạn. Có thể mỗi thành phố một nguyên nhân khác nhau.