Hoa Thủy Tổ
20/4/2021

Truy tìm Bông Hoa đầu tiên và Phân hoá ban đầu
 KS Nguyễn Lương Duyên


Thực vật có hoa xuất hiện tương đối muộn màng trong lịch sử trái đất. Các ước tính hiện nay cho rằng thực vật có hoa thuỷ tổ xuất hiện cách nay khoảng 130-140 triệu năm. Từ khi xuất hiện đến hiện tại, thực vật có hoa đã phát triển, phân hoá vô cùng phong phú so với các nhóm thực vật khác xuất hiện khá lâu trước đó:

 

 
Di truyền phân tử gợi cho thấy toàn thể thực vật có hoa xuất phát từ một tổ tiên chung, sống cách nay khoảng 150-140 triệu năm:
 
 
Theo ghi nhận của Viện Royal Botanic Gardens, Kew, UK, trong số khoảng 391,000 loài thực vật có mạch, có đến 94% số loài tức khoảng 369,000 loài là thực vật hiển hoa. Nguồn gốc tiến hoá đa dạng nhanh chóng  của hoa là khó hiểu đối với những nhà khoa học; và Charles Darwin, người khai sinh Thuyết Tiến Hoá, đã gọi đó là “bí ẩn tệ hại”khi xây dựng học thuyết của mình. Hoa là cơ quan sinh sản của đại đa số các loài thực vật hiện tại, và tất cả các hoa đều bắt nguồn từ một hoa thuỷ tổ trong quá khứ xa xôi. Về mặt tiến hoá, và đa dạng hoá trong giới thực vật, hoa là một đặc tính chính yếu. Loài cây có hoa thuỷ tổ được cho là xuất hiện trong khoảng thời gian 140 triệu năm trước, tạo ra những bông hoa đầu tiên trong thời kỳ trái đất ấm, và dồi dào Oxygen lẫn Carbonic hơn ngày nay. Đây là thời kỳ của các khủng long ngự trị địa cầu.
 
Hoá thạch Cây có Hoa cổ nhất
 
Cho tới hiện nay, hai hoá thạch cổ nhất của cây có hoa được xác định và công nhận rộng rãi đều là loài thuỷ sinh đã tuyệt chủng.
 
 
Một là hoá thạch của chi Archaefructus, tìm thấy năm 1998 ở vùng đông bắc Trung hoa. Thoạt đầu hoá thạch được cho là có tuổi thuộc kỷ Jura muộn (khoảng 160 triệu năm trước), nhưng nay được xác định lại chỉ khoảng 125 triệu năm, khoảng đầu kỷ Creta (Phấn trắng). Dù vậy, chi Archaefructus vẫn được coi là một trong những loài cây có hoa đầu tiên trên trái đất
Do tuổi cổ, không có lá đài và lá tràng (cánh hoa), nhuỵ cái và nhị đực lại phát sinh dọc theo nhánh thay vì kết hợp trong cùng một hoa nên Archaefructus được coi làmột nhánh thuộc nhóm Cây có hoa cơ bản (basal angiosperms). Một diễn giải khác là nhánh mang nhuỵ và nhị không là hoa mà là một phát hoa, với hoa đực ở dưới và hoa cái ở trên, do vậy Archaefructus gần với bộ Súng (Nymphaeales) hơn. Bộ Súng thường được coi là thực vật có hoa thuỷ sinh cơ bản, nhưng những hoá thạch cổ nhất cũng khoảng 115 triệu tuổi mà thôi.

 
Một hoá thạch thứ hai, có tuổi 130 triệu năm, tìm thấy ở Tây Ban Nha khoảng 100 năm trước nhưng không được lưu tâm, mãi tới gần đây, năm 2015 mới được nhìn nhận là một trong những loài cây có hoa cổ sơ nhất. Hoá thạch này cũng không có hoa lưu lại hoàn toàn, vì hoa là một cơ quan mong manh, hiếm hoi lưu lại toàn vẹn trong những hoá thạch. Loài này có tên Montsechia vidalii:

 
Montsechia là một loài có hoa, trái không tự khai và chỉ có một hạt. Cách sắp xếp hạt của Montsechia rất gần với một loài thuỷ sinh hiện tại là Đuôi chồn (Ceratophyllum), với hoa mọc chìm, không có cánh hoa và tuyến mật.
 
Xây dựng hình dạng Hoa đầu tiên
 
Một trong những vấn đề chính Sinh học tiến hoá lưu ý là nguồn gốc của thực vật có hoa và bộ phận nổi bật của chúng là hoa. Các nhà sinh học khảo sát theo 3 hướng bổ sung lẫn nhau, một là nghiên cứu các hoá thạch có thực vật và xác định những họ hàng đã tuyệt chủng của loài cây có hoa, hai là dựa vào những thành tựu của Di truyền tiến hoá-phát triển trong sinh sản của các loài hạt trần và có hoa, ba là sử dụng những phương pháp phân tích lý luận hiện đại dựa vào số lượng dữ liệu phong phú về: phân bố các đặc tính của hoa ở những loài hiện hữu, dựa trên những quan hệ tiến hoá đã thiết lập giữa các nhóm thực vật, cùng với sự tiến hoá về hình thái của chúng. Để có hình dạng của bông hoa đầu tiên, một nhóm các nhà thực vật quốc tế đã cộng tác để tái tạo bông hoa thuỷ tổ này theo hướng thứ 3. Các nhà khoa học đã xác định những mấu chốt quan trọng khi đi tìm nguồn gốc và thời điểm đa dạng hoá của hoa bằng cách so sánh những tương đồng và dị biệt giữa những loài thực vật có hoa và phân tích xác định thời gian dựa trên di truyền phân tử có đối chiếu với tuổi các hoá thạch. Các kết quả trung gian của mô hình đều được so sánh đối chiếu với các giả thuyết tiến hoá hiện thời để tiến dần tới nguồn gốc. Nhóm cho biết đã xem xét 13,444 điểm tham chiếu từ 792 loài thuộc 372 họ (86%), 63 bộ (98%). Công trình nghiên cứu của nhóm công bố trong Nature Communications,số 16047, tháng 8/2017. Các tác giả chính: Harvé Sauquet, Maria von Balthazar, Jurg Schonenberger.
 
Các tác giả đưa ra kết quả như sau về việc tái dựng bông hoa đầu tiên:
       • Các chi tiết tóm tắt trong hình. Hoa khởi thuỷ này có dạng rất gần với Dạ hợp (Magnolia). Nhưng hiện tại, không có một loài thực vật nào có cấu tạo giống hoàn toàn với mẫu hoa đầu tiên có do tái tạo này. Có thể nói rằng, những loài thực vật có hoa hiện tại, kể cả những loài cổ sơ nhất như Amborella và bộ Súng (Nymphaeales), đều phân hoá từ loài thuỷ tổ được tái tạo này.
 

 
          • Các số chỉ mức độ tin tưởng. Màu và hình dạng và kích thước của các cơ quan được vẽ cho thẩm mỹ, vì màu và mùi của hoa không thể biết.
          • Số lượng của các cơ quan không biết chính xác.
          • Kích thước của hoa không biết chính xác, nhiều phần là nhỏ hơn 1cm
 
Tái tạo tình trạng phân hoá cơ quan sinh sản các loài cây có hoa
 
Các kết quả cũng cho thấy hoa lưỡng tính cổ hơn hoa đơn tính. Hoa đơn tính tiến hoá nhiều lần độc lập nhau. Thực vật một lá mầm xuất hiện sớm hơn các thực vật hai lá mầm thật. Nhánh Cúc (Asterids) xuất hiện muộn trong cây tiến hoá, cách nay khoảng 49 triệu năm.
 
 

 Phương hướng về tiến hoá của hoa trong thời kỳ sơ khởi
 
    • Các khảo sát cũng gợi cho thấy hoa thuỷ tổ không có đài và tràng phân biệt. Lá hoa sắp xếp thành vòng tròn hơn là sắp xếp phủ xoắn ốc. Điều này ngược với quan điểm hiện nay là hoa đầu tiên có sắp xếp xoắn ốc, và sắp xếp theo vòng tròn là tiến hoá về sau. Theo các tác giả, sự sắp xếp xoắn ốc là do sự giảm bớt cánh hoa và số nhị xảy ra sau này trong quá trình tiến hoá. Các hoa đồ biểu thị các đặc tính chính của hoa ở thời điểm phân hoá trong 40 triệu năm đầu của hoa. Các tác giả cũng cho biết có nhiều ngoại lệ.
Có thể sự giảm bớt cánh hoa giúp cho sự thụ phấn thuận lợi hơn. Sự giảm bớt số cánh hoa cũng giúp tiến hoá phân biệt đài và tràng rõ ràng và dễ hấp dẫn côn trùng đến thụ phấn hơn. Số lượng cụm vòng ít cũng có thể cần cho cấu trúc của hoa được hữu hiệu hơn trong việc đa dạng hoá để hấp dẫn côn trùng; hoa trở nên gọn, thuận lợi cho các cơ quan phối hợp nhau để thực hiện những công việc phức tạp.
 
 Xanh lục nhạt: lá hoa (đài-tràng không phân biệt), Xanh lục: lá đài, Vàng: lá tràng (cánh hoa), Đỏ: nhị; Xanh dương: nhuỵ.
 
      • Bốn đặc điểm của hoa trong thời kỳ sơ khởi trong quá trình tiến hoá được ghi lại trong 4 đồ hình sau đây:
 
 

 

 
 
Các hoa sơ khai có bầu noãn thượng, cánh rời, đối xứng theo trục kính.
Chú thích:
 
        • Vị trí bầu noãn:

        
         • Liên kết cánh hoa:


             A: Cánh rời,đài và tràng phân biệt, thụ phấn do côn trùng
             B: Cánh dính, đài và tràng phân biệt, thụ phấn do côn trùng
             C: Cánh rời, đài và tràng giống nhau, thụ phấn do côn trùng
             D: Cánh nhỏ, đài và tràng giống nhau, thụ phấn do gió.
 
        
          
                •  Đối xứng:
 
            • Sắp xếp của lá hoa
 
 

                        
                     Một khám phá mới về Cây có hoa cổ sơ
 
Cuối năm 2018, các nhà cổ thực vật học Viện Địa chất Nam kinh, Trung hoa, công bố họ phát hiện một loài thực vật nguyên thuỷ trổ hoa trong một hoá thạch có tuổi 174 triệu năm, tức trong kỷ Jura. Phát hiện này đẩy lùi thời kỳ xuất hiện của thực vật có hoa xa thêm đến 40 triệu năm.
 
 
Các nhà nghiên cứu cho biết đã khảo sát 264 mẫu hoá thạch, có chứa 198 hoa. Vì số mẫu vật dồi dào, các nhà khoa học đã có thể cắt lấy mẫu vật để khảo sát kỹ lưỡng, và nhận ra bầu noãn thực vật có vòm kín, một chỉ dấu chắc chắn đây là thực vật có hoa. Loài này được đặt tên Nanjinganthus dendrostyla.
Tuy nhiên giới khoa học cổ thực vật chưa thật tin đây là một loài cây có hoa cổ đại. Một số nhà cổ thực vật thuộc Viện Thảo mộc Chicago (1/2019) cho đây chỉ là những vỡ vụn của loài hạt trần nào đó bị nhận lầm. Ngoài ra không loại trừ việc định sai niên đại, như đã từng xảy ra.
Nhưng nếu quả thật đây là một loài thực vật có hoa cổ nhất như công bố, thì vấn đề nguồn gốc của thực vật có hoa phải được xem xét lại về thời điểm phát sinh và phải nghiên cứu thêm xem đây có phải là tổ tiên chung của tất cả mọi loài thực vật có hoa hiện tại trên trái đất (thuyết một nguồn phát sinh, hiện được chấp nhận rộng rãi) hay chỉ là một nhánh song song với nhánh hiện tại của thực vật có hoa, và đã tuyệt chủng (nhiều nguồn phát sinh).
 
Tham khảo chính
 
• The ancestral flower of angiosperms and its early diversification
Hervé Sauquet, Maria von Balthazar, Jürg Schönenberger
Nature Communications volume 8, Article number: 16047 (2017)
 
• This Might Be the First Flowering Plant in Earth’s History
 
 
 
PHỤ TRÁCH BIÊN TẬP
 
Sáng lập & Cố vấn:

TRẦN ĐĂNG HỒNG, PhD

Ban Biên tập :

VÕ THANH NGHI
vothanhnghiag@yahoo.com.vn
NGUYỄN THANH LIÊM
liem68dvb@gmail.com


Địa chỉ liên lạc: thnlscantho.3@gmail.com


Đặc San:
Đặc san XUÂN CANH DẦN (2010)
Đặc san XUÂN TÂN MÃO (2011)
Đặc san XUÂN NHÂM THÌN (2012)
Đặc san XUÂN QUÝ TỴ (2013)
Đặc san XUÂN GIÁP NGỌ (2014)
Đặc san XUÂN ẤT MÙI (2015)
Đặc san XUÂN BÍNH THÂN (2016)
Đặc san XUÂN ĐINH DẬU (2017)

Đặc san "Lưu Bút Ngày Xanh I (2010)
Đặc san Lưu Bút Ngày Xanh II (2011)
Đặc san Lưu Bút Ngày Xanh III
https://www.facebook.com/groups
 
https://www.facebook.com/
groups/124948084959931/
 
Today, there have been 62939 visitors (124931 hits) on this page!