Dưa chuột ống phun – Loại cây tự phát nổ để phát tán hạt giống

Thiên nhiên là một chuỗi các cuộc đấu tranh duy trì nòi giống. Không ai có thể phủ nhận điều đó. Chúng ta đã quá quen thuộc với những “màn tranh hùng” hay những “tuyệt chiêu độc lạ” của các loài động vật để hoàn thành nhiệm vụ của mình trong việc phát triển giống loài.

Trên thực tế, hạt giống của các loài cây được giải đi muôn mơi bằng nhiều cách khác nhau. Có những loài cây phát tán hạt nhờ gió như cây bồ công anh, cây sữa, cây lồng mức … hay là nhờ côn trùng. Ngoài những cách thông thường như vậy, một số loài cây còn có cách phát tán hạt vô cùng “độc và lạ”, điển hình là loài dưa chuột ống phun với tuyệt chiều “phun” hạt theo đúng nghĩa đen.

Nhìn qua, nếu không hiểu có người lại lầm tưởng loài cây này có sức mạnh thần bí nào đó. Nhưng không có gì là thần bí ở đây cả, tất cả đều được giải thích bằng khoa học. Đây là loài cây dưa chuột ống phun thuộc họ Bầu bí Cucurbitaceae. Bạn đang thấy quá trình phát tán hạt giống vô vùng “mãnh liệt” của cây này, phần quả bay đi như tên lửa, kèm theo sau là một dòng chất lỏng chứa hạt giống được giải phóng ra bên ngoài. Cơ chế của hiện tượng khá thú vị này sẽ được nói rõ ở phần tiếp theo của bài viết.

Thông tin thêm về dưa chuột ống phun

Cây dưa chuột ống phun, tên tiếng Anh là squirting cucumber (danh pháp khoa học là Ecballium elaterium (L.) A.Rich.) là một loài cây thuộc họ Bầu bí Cucurbitaceae. Đây là loài duy nhất trong chi Ecballium. Tên gọi dưa chuột ống phun bắt nguồn từ đặc điểm khi quả dưa chuột chín, nó sẽ phun mạnh ra một dòng chất nhầy chứa hạt để phát tán đi xa, một ví dụ khá thú vị về khả năng chuyển động nhanh của thực vật (rapid plant movement) (Y. Forterre et al., 2016).

Ngoài ra, cây còn có tên gọi khác là touch-me-not, dịch ra là “đừng chạm vào tôi”, thể hiện tính chất dễ phản ứng của cây khi bị đụng tới.

1. Phân bố của dưa chuột ống phun

Dưa chuột ống phun có nguồn gốc từ châu Âu, Bắc Phi và các vùng ôn đới của châu Á. Cây này thường được trồng làm cảnh vì hình dáng kỳ lạ cùng khả năng “phun hạt” độc đáo. Ở một số nơi ngoài khu vực bản địa, cây đã thích nghi với môi trường mới và phát triển rất mạnh, trở thành một loài cỏ dại gây khá nhiều phiền toái cho nông dân.

2. Hình thức phát tán hạt khá dị

Quả dưa chuột có cấu trúc mô bao quanh hạt được tạo thành từ những tế bào lớn, thành mỏng, giúp hạt được “bắn ra” một cách mạnh mẽ khi quả chín. Áp lực phun hạt ra ngoài được gây ra bởi nồng độ tăng vột của một loại glucoside gọi là elaterinidin trong tế bào mô quả, làm tăng áp lực bên trong tới 27 atm. Khi áp lực đủ lớn, quả sẽ tách khỏi cuống, lớp vỏ co lại, đẩy hạt ra xa qua lỗ hở vừa tạo. Hạt có thể bay xa tới 7 – 8 mét, đúng nghĩa “phun” luôn. Áp lực này phụ thuộc nhiều vào hệ thống ống rây trong mạch libe, nếu cây bị thiếu nước, áp lực sẽ giảm và khả năng “phun” yếu đi đáng kể.

Quả dưa chuột còn sử dụng chuyển động hút ẩm (hygroscopic movement) và năng lượng đàn hồi được tích trữ để bắn hạt ra ngoài. Cơ chế này diễn ra thụ động, khi quả mất nước và héo đi, cấu trúc bên trong dần biến đổi, tạo ra chuyển động mà không cần lực tác động bên ngoài. Các tế bào trong quả cuộn lại, uốn cong hoặc xoắn lại khi khô đi, giúp thay đổi hình dạng và tạo lực phóng hạt. Vì các tế bào khi khô chủ yếu được cấu tạo từ thành tế bào (cell wall), hình dạng cuối cùng của chúng được quyết định bởi sự sắp xếp của thành tế bào và khi thay đổi, tạo hiệu ứng giống như một cái “ná sinh học” cực mạnh bắn hạt ra ngoài.

Các chuyển động đột ngột trong mô thực vật như lúc bắn hạt thường rất dễ gặp tình trạng bất ổn về mặt cơ học. Đối với dưa chuột ống phun E. elaterium, mối liên hệ giữa thời gian chuyển động và kích thước mô khiến mô quả có thể bị gãy hoặc nứt trong quá trình phóng thích hạt. Điều này làm cho hiệu quả phát tán không thật sự cao như ta tưởng. Một nghiên cứu năm 2019 cho thấy rằng, mặc dù dưa chuột E. elaterium có khả năng phun hạt ra khắp toàn bộ ô thí nghiệm, nhưng kích thước và vị trí của các khu vực bị xâm lấn vẫn giữ nguyên, không có sự phân bố rộng rãi như dự đoán. Nói cách khác, hạt của cây tuy có bay xa nhưng không lan đều (Lior Blank et al., 2019).

3. Hóa thực vật

Elaterine là chiết xuất cucurbitacin từ nước ép quả có tác dụng nhuận tràng từng được sử dụng từ lâu trong y học dân gian, được tiến sĩ John Davy Morries Stirling phát hiện vào năm 1835 (Kelland, 1862). Từ elaterium, người ta tiếp tục chiết xuất ra elaterin bằng cách dùng chloroform, sau đó kết tủa bằng ether. Công thức hóa học của elaterin là C₃₂H₄₄O₇. Kết tủa có dạng vảy không màu, vị đắng, có thể gây độc nếu hấp thụ qua đường mũi hoặc miệng (Georgios Kloutsos MD et al., 2001).

Tài liệu tham khảo

• Dưa chuột ống phun – Loại cây tự phát nổ để phát tán hạt giống – Khoahoc.tv.
• Ecballium – Wikipedia tiếng Anh.
• Y. Forterre et al. (1/2016). “Physics of rapid movements in plants”. Europhysics News. 47 (1): 27-30.
• Lior Blank et al. (13/11/2019). “Spatial and Temporal Distribution of Ecballium elaterium in Almond Orchards”. Agronomy. 9 (11): 751.
• Kelland (1862). “Opening Address, Session 1858–59”. Proceedings of the Royal Society of Edinburgh. 4: 109-121.
• Georgios Kloutsos MD et al. (9/2001). “Upper Airway Edema Resulting From Use of Ecballium elaterium“. The Laryngoscope. 111 (9): 1652-1655.