Tin song ngữ

  1. Tin tức song ngữ Anh-Việt
  2. Khoa học - Công nghệ
  3. Khoa học - Nghiên cứu
  4. Hoa hướng dương từ từ quay theo hướng mặt trời như thế nào

Hoa hướng dương từ từ quay theo hướng mặt trời như thế nào

13/08/2016
Mức nâng cao

How sunflowers follow the sun, day after day

At dawn, whole fields of sunflowers stand at attention, all facing east, and begin their romance with the rising sun. As that special star appears to move across the sky, young flowers follow its light, looking up, then over and westward, catching one final glance as the sun disappears over the horizon.

Sunflowers turn with the sun until they get old, when they stop moving and remain facing east, like those above. Credit Ben Blackman/U.C., Berkeley

At night, in its absence, the sunflowers face east again, anticipating the sun’s return.

They do this until they get old, when they stop moving. Then, always facing east, the old flowers await visits from insects that will spread their pollen and make new sunflowers. Those flowers too, will follow the sun.

A young sunflower follows the sun during the day and then reorients itself at night in anticipation of dawn. Credit Hagop Atamian, U.C. Davis

It’s not love. It’s heliotropism, and sunflowers are not the only plants that track the sun. But until now, how sunflowers do it has been a mystery.

In a study published Friday in Science, researchers revealed that the sunflower’s internal clock and ability to detect light work together, turning on genes related to growth at just the right time to allow the stems to bend with the arc of the sun. The research team also showed that when fully grown, as tall as people in some cases, plants that always face east get a head start, warming up early to attract pollinators.

To get to the bottom of sunflowers’ pursuit of the sun, Stacey Harmer and Hagop Atamian, plant biologists at the University of California, Davis, and their colleagues studied sunflowers in fields, pots and growth chambers.

Mature sunflowers maintain an eastward orientation to attract pollinators like bees. Credit Nicky Creux/U.C. Davis

First, to find out what the advantage of this solar tracking might be, they prevented outdoor potted sunflowers from tracking the sun. As a result, the plants grew smaller than those that followed the sun. Chasing the sun promoted growth. But what triggered it?

The fact that sunflowers switch directions at night to face east again, with no apparent cue, suggested an internal clock at work. The researchers put sunflower plants in a room with lights rigged to mimic the sun’s path on different light and dark cycles. The plants behaved as expected on a 24-hour cycle. But during a 30-hour day, they were confused. And when plants that had learned a 24-hour cycle outdoors were placed under a fixed light indoors, they continued to bend from east to west for a few days, as if following the sun. This meant that a 24-hour circadian rhythm was guiding the sunflowers’ movement. But without muscles, how did they move?

The answer was in their stems. Like those of other plants, the stems of young sunflowers grow more at night — but only on their west side, which is what allows their heads to bend eastward. During the day, the stems’ east side grows, and they bend west with the sun. Dr. Atamian collected samples of the opposite sides of stems from sunflowers periodically, and found that different genes, related to light detection and growth, appeared active on opposite sides of the stems.

Now the researchers needed to know why mature sunflowers wind up facing east when they are done growing. They found that east-facing flowers in pots, as opposed to ones they forced to face west at dawn, were warmer and attracted more pollinators. Heating up the west-facing flowers brought in more pollinators as well. The researchers think the plants develop an eastward preference when young, and continue it as mature plants because being warm in the morning when bugs are more active offers an advantage.

 “If you’ve ever driven across the south of France at the right time of year, there are these huge fields of sunflowers, all facing east. You wonder how they got there, and why they bothered,” said Winslow Briggs, a plant biologist who discovered phototropins, the photoreceptors in plants responsible for their ability to align with the sun. Dr. Briggs, who was not involved in the research, said the study demonstrated how sunflowers do it.

But many unknowns remain: For example, just how does the young sunflower weave together light signals, the circadian clock and growth rates to reorient its head every night? While the scientific inquiry continues, perhaps some space remains to imagine sunflowers and their romance with the sun.

By: JOANNA KLEIN, nytimes.com

 

 

Hoa hướng dương từ từ quay theo hướng mặt trời như thế nào

Vào lúc bình minh, toàn bộ các cánh đồng hoa hướng dương đứng thẳng lên, tất cả đều hướng về phía đông, và bắt đầu 'mối tình lãng mạn' của chúng với ánh nắng mặt trời. Khi 'ngôi  sao đặc biệt' (mặt trời) đó di chuyển ngang qua bầu trời, những chồi cây hoa non hướng theo ánh sáng của mặt trời, ngẩn lên, sau đó mặt trời di chuyển về  phía Tây và những cánh hoa bắt một cái nhìn cuối cùng trước khi mặt trời biến mất ở phía chân trời.

Hoa hướng dương xoay theo ánh nắng mặt trời cho đến khi chúng già đi, khi chúng ngừng di chuyển và giữ hướng đối diện về phía đông, giống như ở trên. Hình chụp bởi Ben Blackman/U.C., Berkeley

Vào ban đêm, khi mặt trời vắng mặt, hoa hướng dương quay hướng đối diện về phía đông và chờ đợi sự trở lại của mặt trời.

Hoạt động đó diễn ra cho đến khi chúng già đi và ngừng chuyển động. Lúc đó, chúng sẽ luôn đối diện với phía đông, những bông hoa già chờ đợi những lần 'viếng thăm' từ côn trùng để nhân rộng phấn hoa của chúng và tạo ra những cây hoa hướng dương mới. Những bông hoa đó cũng vậy, chúng cũng sẽ hướng về phía mặt trời.

Một cây hoa hướng dương non hướng về mặt trời suốt cả ngày và sau đó 'tái định hướng' chính của nó và trông đợi ánh bình minh. Credit Hagop Atamian, U.C. Davis

Đó không phải là tình yêu. Đó là heliotropism (sự phát triển có định hướng của thực vật thích ứng với mặt trời), và hoa hướng dương không phải là loài thực vật duy nhất dõi theo ánh mặt trời. Nhưng cho đến nay, làm thế nào hoa hướng dương làm điều đó vẫn là một bí ẩn.

Trong một nghiên cứu được công bố vào thứ sáu trên tạp chí Science, các nhà nghiên cứu tiết lộ rằng những chiếc 'đồng hồ' bên trong và khả năng riêng của các cây hướng dương có thể phát hiện để phát hiện ánh sáng và tương tác cùng nhau, kích hoạt lên các gen liên quan đến sự tăng trưởng tại đúng thời điểm để cho phép thân cây uốn cong với hồ quang của mặt trời. Nhóm nghiên cứu cũng cho thấy rằng khi phát triển đầy đủ, và đạt độ cao như con người ở một số trường hợp, loài thực vực này luôn đối diện với phía đông để có được một khởi đầu, tự làm nóng (những nhụy hoa) lên sớm để thu hút côn trùng thụ phấn.

Để tới được bước cuối cùng trong hành trình theo đuổi ánh mặt trời của hoa hướng dương, Stacey Harmer và Hagop Atamian, nhà sinh học thực vật tại Đại học California, Davis, và các đồng nghiệp đã nghiên cứu hoa hướng dương trên những cánh đồng, với các chậu hoa và những phòng thí nghiệm.

Hoa hướng dương trưởng thành duy trì một hướng về phía đông để thu hút các côn trùng thụ phấn như ong.CreditNicky Creux/U.C. Davis

Trước tiên, để phát hiện ra đâu là đặc điểm để hoa có thể xoay theo hướng mặt trời, họ ngăn những chậu hoa hướng dương khỏi ánh nắng mặt trời. Kết quả là, những chậu hoa này phát triển chậm hơn hơn so với những cây đón nhận được ánh mặt trời. Xoay theo để đón nhận ánh nắng mặt trời là nhu cầu cho sự phát triển. Nhưng điều gì đã làm nên điều đó?

Thực tế là hoa hướng dương chuyển hướng vào ban đêm để đối diện với phía đông một lần nữa mà không theo dấu chỉ nào, và điều đó cho thấy chúng có những đồng hồ bên trong. Các nhà nghiên cứu đưa những cây hướng dương vào phòng có cài đặt sẵn những bóng đèn và họ di chuyển những bóng đèn giống quỹ đạo của mặt trời với các chu kỳ sáng và tối khác nhau. Các cây hoa cũng có những hành vi như đang mong đợi trong một chu kỳ 24 giờ. Nhưng tăng thời gian giả định một ngày 30 giờ, thì chúng đã nhầm lẫn. Một khi các cây hoa đã học được một chu kỳ 24 giờ ngoài trời và chúng phải chịu ánh sáng nhân tạo trong nhà, chúng vẫn tiếp tục uốn cong từ đông sang tây cho một vài ngày  như thể vẫn theo đuổi ánh mặt trời thật. Điều này có nghĩa rằng một nhịp sinh học 24 giờ đã hướng dẫn sự di chuyển của hoa hướng dương. Nhưng nếu không có một 'sức lực' nào đó, làm thế nào mà chúng di chuyển được?

Câu trả lời là ở thân. Giống như những loài thực vật khác, những cành hoa hướng dương còn non tăng trưởng nhiều hơn vào ban đêm - nhưng chỉ phát triển phần phía tây của chúng, đó là những gì cho phép đầu của chúng để uốn cong về phía đông. Suốt thời gian ban ngày, phần phía đông của cây phát triển, và chúng uốn cong về phía tây so với với hướng mặt trời. Tiến sĩ Atamian đã thu thập các mẫu của những phần thân ở các bên của cây hướng dương và kiểm tra chu kỳ phát triển, và  ông đã tìm thấy những gen biến đổi khác nhau liên quan đến việc phát hiện ánh sáng và tăng trưởng ở mỗi bên phần thân của cây hoa.

Tiếp đến các nhà nghiên cứu cần phải biết tại sao hoa hướng dương trưởng thành lại dừng đối diện với hướng đông khi chúng đã thực hiện xong sự tăng trưởng. Họ phát hiện ra các bông hoa hướng về hướng đông trong các chậu đối ngược với những cây khác chúng buộc phải đối diện về phía tây vào lúc bình minh. Chúng ấm hơn và thu hút nhiều côn trùng hơn đến thụ phấn. Việc làm nóng lên những bông hoa khi hướng về phía tây cũng thu hút loài đến thụ phấn như vậy. Các nhà nghiên cứu cho rằng các loài thực vật phát triển xu hướng hướng đông khi còn non, và tiếp tục khi chúng trưởng thành vì chúng giữ được độ ấm vào buổi sáng khi những con rệp hoạt động mạnh hơn vào thời gian này là một lợi thế để phát triển.

Tiến sĩ Winslow Briggs, một nhà sinh vật học nói rằng: "Nếu bạn đã từng lái xe qua miền Nam nước Pháp vào đúng thời điểm trong năm, có những cánh đồng hoa hướng dương bao la, tất cả đều hướng đông. Bạn tự hỏi làm thế nào chúng làm được". Ông ấy còn phát hiện ra các tế bào phototropins, đó là các tế bào cảm quang trong các thực vật chịu trách nhiệm cho khả năng gióng theo mặt trời. Tiến sĩ Briggs, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết nghiên cứu đã chứng minh bằng cách nào đó hoa hướng dương đã làm được điều đó.

Nhưng nhiều ẩn số vẫn còn tồn tại. Ví dụ, chỉ bằng cách hoa hướng dương non kết hợp đan xen các tín hiệu sáng, đồng hồ sinh học và tốc độ tăng trưởng với nhau để định hướng lại phần ngọn chúng vào mỗi đêm? Trong khi các nghiên cứu vẫn tiếp tục, có lẽ vẫn còn những điều bí ẩn cầm khám phá về sự di chuyển các cây hoa hướng dương và tình yêu lãng mạn của chúng với ánh mặt trời.

 

Dịch bởi: Minh Yên

bài viết đặc sắc trong tháng 05/2018

Khai giảng lớp học luyện thi IELTS cấp tốc học Full Time | Download Lộ trình học Miễn Phí

Lớp học luyện thi đầy đủ 4 kỹ năng Nghe-Nói-Đọc-Viết để chuẩn bị cho kỳ thi IELTS vào khoảng tháng 7 và tháng 10 sẽ được khai giảng ngay trong tháng 5 năm 2018 với sự dẫn dắt trực tiếp…

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục