Bí ẩn của sự tiến hóa: Loài cây tự thay đổi giới tính mỗi mùa suốt hơn 40 triệu năm qua

Trong thế giới thực vật, hiện tượng thay đổi giới tính, hay còn gọi là dichogamy, không phải là hiếm gặp. Nhiều loài cây có khả năng thay đổi giới tính trong suốt vòng đời của mình, nhằm tối ưu hóa khả năng sinh sản và thích nghi với môi trường sống. Tuy nhiên, điều đặc biệt ở cây óc chó là chúng thay đổi giới tính theo mùa, một hiện tượng được gọi là duyên hoa dị hình theo thời gian (temporal dioecy).

Loài cây này tách hoa đực và hoa cái theo thời gian. Cụ thể, nếu hoa đực nở trước, thì hoa cái một thời gian sau mới nở. Người ta đã quan sát thấy điều này ở cây óc chó từ những năm 1800, cụ thể là vào năm 1877, bởi Charles Darwin. Tuy nhiên, mãi tới những năm 1980, chúng ta mới biết rằng đặc tính này phụ thuộc vào một điểm di truyền duy nhất, mà chỉ một số loài thực vật có được. Tiêu biểu là cây óc chó và cây hồ đào.

"Quả óc chó và quả hồ đào có hiện tượng dị hình theo thời gian. Tại đó, chúng lần lượt ra hoa đực và hoa cái trong suốt mùa", Jeff Groh, tác giả của một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science, chia sẻ.

Cây óc cho tự thay đổi giới tính mỗi mùa suốt hơn 40 triệu năm

Theo Groh, kiến thức này đã được biết đến từ những năm 1800, nhưng chưa được hiểu rõ ở cấp độ phân tử. Nghiên cứu của Groh và các đồng nghiệp đã làm sáng tỏ quá trình xác định giới tính ở họ cây Juglandaceae, bao gồm cây óc chó, hồ đào và hồ trăn.

Họ đã thu thập dữ liệu từ chương trình nhân giống óc chó tại Đại học California (Mỹ) và khu vực Bắc Mỹ, sau đó giải trình tự bộ gen của chúng để tìm kiếm các mô hình liên quan đến đặc điểm này. Họ phát hiện ra rằng, đặc điểm của cây óc chó là một hệ thống ổn định, đã hoạt động trong suốt một thời gian dài, lên tới 40 triệu năm. Tại đó, tỷ lệ hoa cái so với hoa đực là gần như 1:1, tương tự như tỷ lệ giới tính ở con người.

Nghiên cứu sâu hơn vào loài hồ đào cũng đã tiết lộ một cơ chế ra hoa độc đáo. Cụ thể, các nhà khoa học phát hiện ra rằng quá trình này cũng chịu sự điều khiển của một gen đặc trưng, tuy nhiên, gen này lại thuộc một nhóm gen hoàn toàn khác so với những gen tương tự đã tìm thấy ở cây óc chó.

Với niên đại tiến hóa được ước tính muộn hơn khoảng 10 triệu năm, cây hồ đào là một ví dụ điển hình cho thấy sự đa dạng và phức tạp của quá trình tiến hóa. Việc cây hồ đào sở hữu những đặc điểm tương đồng với các loài khác, dù xuất phát từ những tổ tiên khác nhau, cho thấy rõ ràng hiện tượng tiến hóa hội tụ.

Sự khác biệt ở cấp độ di truyền giữa các loài này lại càng củng cố thêm giả thuyết về việc các cơ chế di truyền đã được điều chỉnh một cách độc lập để thích nghi với môi trường sống tương tự, tạo ra những hình thái và chức năng tương đồng.

Hiện tượng thay đổi giới tính giữa các mùa là một chiến lược sinh sản độc đáo, giúp các loài thực vật cân bằng giữa năng suất sinh sản, đa dạng di truyền và sự thích nghi với môi trường. Từ đó, giúp chúng tồn tại và phát triển qua hàng triệu năm.