Khả năng phóng hạt xa và chính xác của loài dưa leo Ecballium elaterium - Ảnh: LEENOUT
Loài thực vật này được gọi là "dưa leo phun" (Ecballium elaterium) do cách chúng "bắn" hạt qua một luồng chất lỏng mạnh mẽ. Giờ đây các nhà khoa học đã giải mã thành công cơ chế bí ẩn của những vụ phóng "bùng nổ" này.
Bắn hạt tốc độ 72km/h
Nghiên cứu mới cho thấy những quả dưa leo không ăn được này tích tụ chất lỏng bên trong quả, tạo áp lực lớn đến mức chúng cuối cùng phát nổ.
Đáng chú ý, các nhà khoa học phát hiện rằng áp lực này giảm xuống ngay trước khi hạt được giải phóng, do chất lỏng từ quả chảy vào thân cây, làm thay đổi hình dạng của quả và đẩy hạt ra xa trong một vụ phóng mạnh mẽ.
Phát hiện đã giải đáp những câu hỏi khiến các nhà nghiên cứu trăn trở suốt nhiều thế kỷ về loài dưa leo này. "Người ta tự hỏi vì sao loài thực vật phi thường ấy lại giải phóng hạt của mình theo cách bạo lực như vậy", Chris Thorogood - đồng tác giả nghiên cứu và phó giám đốc Vườn thực vật Oxford (Anh) - chia sẻ.
Ông nói thêm: "Giờ đây, với sự kết hợp giữa các nhà sinh học và toán học, chúng tôi đã bắt đầu làm sáng tỏ một bí ẩn lớn".
Dưa leo phun thuộc họ bầu bí (Cucurbitaceae), bao gồm dưa hấu, bí ngô và bí xanh. Để tìm hiểu cách loài cây này giải phóng hạt, nhóm nghiên cứu đã sử dụng nhiếp ảnh tua nhanh thời gian, quét CT và máy quay tốc độ cao có khả năng chụp 8.600 khung hình mỗi giây.
Quá trình phóng hạt chỉ diễn ra trong 30 mili giây, quá nhanh để mắt thường có thể nhận ra.
Hạt được giải phóng có thể đi xa đến hơn 10m - Ảnh: REDDIT
Nhóm nghiên cứu cũng đo thể tích của quả và thân cây trước và sau khi hạt được giải phóng. Các dữ liệu này sau đó được đưa vào các mô hình toán học để lập bản đồ cơ chế và quỹ đạo của quá trình phóng hạt dưa leo.
Kết quả đã được công bố cuối tháng 11 trên tạp chí PNAS. Đồng tác giả nghiên cứu Finn Box từ Đại học Manchester, Anh, cho biết đây là lần đầu tiên khoa học tiết lộ cách dưa leo phun hạt "với tốc độ và độ chính xác đáng kinh ngạc".
Box giải thích thêm chất lỏng tích tụ bên trong quả dưa leo trong vài tuần, tạo ra áp lực cần thiết để phóng hạt. Nhưng trong những ngày trước khi quả phóng hạt, một phần chất lỏng di chuyển vào thân cây khiến nó dài ra, dày hơn và cứng hơn.
Quá trình này, được mô tả là "hiếm gặp trong thế giới thực vật", làm thay đổi góc của quả, tối ưu hóa sự phân tán hạt khi quả phát nổ.
Vài micro giây trước khi phóng hạt, đầu thân cây bật ngược khỏi quả, khiến quả xoay tròn khi bị bắn ra. Chuyển động xoay này cho phép dưa leo phun hạt xa đến 10m với tốc độ 20m/s (tức 72km/h).
Khả năng bắn hạt của dưa leo để việc phát tán hạt được tốt hơn - Ảnh: PLAN OF WORLD
Vì sao loại dưa leo này lại bắn hạt?
Finn Box giải thích khả năng phóng hạt bùng nổ của loài dưa leo đã tiến hóa qua nhiều thế hệ để giúp chúng sinh tồn. Cơ chế cho phép cây phân tán hạt trên một diện tích rộng, giảm bớt sự cạnh tranh giữa các thế hệ con cháu và các cây lân cận, tăng cơ hội sống sót cho thế hệ tiếp theo.
Cũng theo nghiên cứu, những thay đổi nhỏ trong cơ chế này có thể làm giảm cơ hội sống sót của hạt. Ví dụ, nếu áp lực trong quả tăng mà không phân phối chất lỏng vào thân cây, hạt sẽ rơi gần cây mẹ hơn và làm giảm khả năng sống sót của mầm cây.
Những phát hiện mới không chỉ giải đáp bí ẩn lâu đời mà còn mở ra ứng dụng tiềm năng trong các công nghệ mới, như thiết bị y tế có thể phóng thuốc chính xác theo yêu cầu.
"Nghiên cứu mang đến những ứng dụng trong kỹ thuật và khoa học vật liệu lấy cảm hứng từ sinh học, đặc biệt là hệ thống phân phối thuốc theo yêu cầu", Box nhấn mạnh.
