Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí PNAS đang khiến giới khoa học không khỏi bất ngờ khi hé lộ khả năng đặc biệt của một loài thực vật tưởng chừng hết sức bình thường. Theo nhóm nghiên cứu đến từ Đại học New Mexico, loài cỏ đuôi ngựa trơn, với lịch sử tiến hóa kéo dài khoảng 400 triệu năm, có thể “chưng cất” nước trong cơ thể đến mức cực đoan, tạo ra dấu hiệu hóa học hiếm gặp vốn trước đây chỉ thấy ở thiên thạch.
Công trình do giáo sư Zachary Sharp thuộc khoa khoa học Trái Đất và hành tinh dẫn dắt đã tập trung vào loài Equisetum laevigatum, một đại diện của nhóm thực vật cổ xưa từng xuất hiện từ kỷ Devon. Dù có vẻ ngoài đơn giản với thân rỗng và cấu trúc phân đoạn, loài cây này lại sở hữu một cơ chế sinh học đặc biệt mà theo đánh giá của chính các nhà khoa học là “kỳ quan kỹ thuật” mà con người khó có thể tái tạo trong phòng thí nghiệm.
Theo mô tả của nhóm nghiên cứu, thân cây cỏ đuôi ngựa được cấu tạo như một hình trụ cao khoảng một mét với hàng triệu lỗ khí nhỏ phân bố đều dọc theo chiều dài. Chính hệ thống khí khổng dày đặc này đóng vai trò trung tâm trong quá trình thoát hơi nước, khiến nước di chuyển từ rễ lên ngọn liên tục bị bốc hơi.
Điều đáng chú ý nằm ở cơ chế phân tách đồng vị xảy ra trong quá trình này. Trong tự nhiên, phần lớn nguyên tử oxy trong nước có cấu trúc nhẹ với tám neutron, trong khi một tỷ lệ rất nhỏ là các đồng vị nặng hơn. Khi nước bay hơi qua các khí khổng, những phân tử nhẹ sẽ thoát ra trước, khiến lượng nước còn lại ngày càng giàu đồng vị nặng.
Do quá trình này diễn ra liên tục qua từng đoạn thân, khi nước lên tới đỉnh cây, gần như toàn bộ phần oxy nhẹ đã biến mất. Kết quả là tại ngọn cây hình thành một “hồ chứa” nhỏ với nồng độ đồng vị oxy nặng cao bất thường, đạt tới mức mà theo lời giáo sư Sharp, nếu chỉ nhìn vào dữ liệu, nhiều nhà khoa học sẽ cho rằng mẫu vật này có nguồn gốc ngoài Trái Đất.
Phát hiện này không chỉ gây ấn tượng bởi sự kỳ lạ, mà còn giúp giải đáp một bí ẩn tồn tại lâu nay trong giới khoa học. Trước đây, khi nghiên cứu các loài thực vật và động vật sống trong môi trường sa mạc, các nhà khoa học thường thu được dữ liệu đồng vị oxy không phù hợp với các mô hình lý thuyết. Những con số này từng bị xem là bất thường và khó giải thích.
Tuy nhiên, bằng cách đo đạc chi tiết từ rễ đến ngọn của cây cỏ đuôi ngựa mọc dọc sông Rio Grande, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng các giá trị đồng vị cực đoan hoàn toàn có thể hình thành trong điều kiện tự nhiên. Từ đó, họ đã điều chỉnh lại hằng số toán học mô tả hành vi của đồng vị trong quá trình bay hơi, giúp các mô hình trở nên chính xác hơn khi áp dụng cho môi trường khô nóng.
Không dừng lại ở việc giải thích hiện tượng hiện đại, phát hiện này còn mở ra một hướng tiếp cận mới trong việc nghiên cứu khí hậu cổ đại. Theo nhóm nghiên cứu, tổ tiên của loài cỏ đuôi ngựa ngày nay từng phát triển thành những cây khổng lồ cao tới 30 mét. Trong quá trình sinh trưởng, chúng tạo ra các cấu trúc silica rắn gọi là phytolith bên trong mô thực vật.
Những phytolith này có khả năng “đóng băng” dấu hiệu đồng vị của nước tại thời điểm hình thành. Nhờ tính bền vững của silica, chúng có thể tồn tại qua hàng triệu năm trong các lớp trầm tích, trở thành những “viên nang thời gian” ghi lại điều kiện môi trường trong quá khứ.
Do tỷ lệ đồng vị oxy trong cây phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ bay hơi, mà yếu tố này lại bị chi phối bởi độ ẩm không khí, các phytolith hóa thạch có thể cung cấp thông tin chính xác về mức độ khô ẩm của môi trường cổ đại. Theo giáo sư Sharp, đây là một công cụ mới đầy tiềm năng, có thể hoạt động như một “máy đo độ ẩm cổ đại”.
Dù vậy, các nhà khoa học cũng thận trọng khi nhấn mạnh rằng dữ liệu từ phytolith phản ánh giá trị trung bình trong một khoảng thời gian, thay vì một thời điểm cụ thể. Tuy nhiên, với mô hình đồng vị đã được hiệu chỉnh, độ chính xác của phương pháp này vẫn được đánh giá là rất cao.
Phát hiện từ một loài thực vật tưởng như bình thường đã mở ra cánh cửa mới để con người hiểu rõ hơn về quá khứ xa xôi của Trái Đất. Từ việc giải mã những dữ liệu từng gây bối rối trong sinh thái học sa mạc cho đến khả năng tái dựng khí hậu từ thời kỳ khủng long, nghiên cứu này cho thấy tự nhiên vẫn còn ẩn chứa nhiều cơ chế phức tạp mà khoa học hiện đại chỉ mới bắt đầu chạm tới.
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang trở thành vấn đề toàn cầu, những công cụ giúp tái dựng chính xác điều kiện môi trường trong quá khứ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc dự đoán tương lai. Và trong trường hợp này, một loài cây cổ đại lặng lẽ tồn tại qua hàng trăm triệu năm đã bất ngờ trở thành chìa khóa cho một trong những bài toán lớn nhất của khoa học hiện đại.
Đức Khương
