Cây tầm gửi và các loài thực vật ký sinh khác là những kỹ sư hệ sinh thái

Các loài ký sinh không chỉ giới hạn ở giun và ve. Thậm chí có những loài thực vật cũng thích ký sinh lên các loài khác – và chúng có thể giúp chống lại các loài xâm lấn.

Quang hợp – khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời, nước và khí carbon dioxide trong không khí thành đường – là đặc trưng của thực vật. Tuy nhiên, một số dòng thực vật đã chuyển từ lối sống tự cung tự cấp này sang lối sống dựa vào các sinh vật khác để cung cấp tài nguyên cho chúng. Điều có vẻ là một lối sống kỳ lạ này lại rất phổ biến trên toàn thế giới: các loài thực vật ký sinh chiếm khoảng một đến hai phần trăm trong tổng số loài thực vật, với 292 chi trải rộng trên các hệ sinh thái đa dạng.

Các loài thực vật là ký sinh

Thực vật ký sinh có ngoại hình và phân bố rất đa dạng. Điểm chung của chúng là có một cấu trúc chuyên biệt, được gọi là haustorium, cho phép chúng bám vào thân hoặc rễ của cây chủ. Nhờ đó, chúng cướp tài nguyên từ cây chủ, bao gồm carbon, nước và khoáng chất. Holoparasite (từ tiếng Hy Lạp _holo – _ nghĩa là toàn bộ hoặc hoàn toàn) là những loài ký sinh hoàn toàn, đã từ bỏ khả năng quang hợp và hoàn toàn phụ thuộc vào cây chủ để tồn tại. Do đó, những loài thực vật này thường thậm chí không giống cây; không cần thiết phải giữ lá xanh chứa đầy diệp lục nếu chúng không được sử dụng. Kết quả là các loài này thường có hình dáng độc đáo và bắt mắt.

Ví dụ, cây tầm gửi và cây dodder thường được xem như những mảng màu cam hoặc tím đậm bám trên cây và bụi mà chúng ký sinh. Chúng hoạt động như những kẻ ăn thực vật, có thể gây hại hoặc thậm chí giết chết cây chủ. Ví dụ, các chi Orobanche và Cuscuta được coi là loài xâm lấn ở Mỹ, và rất nhiều triệu đô la đã được đầu tư để kiểm soát chúng để ngăn chúng ký sinh và gây hại cho cây trồng như ngô và cây họ đậu.

Tuy nhiên, hầu hết các loại thực vật ký sinh đều cố gắng có được cả hai lợi ích. Hemiparasite là những loài ký sinh một nửa (từ tiếng Hy Lạp _hemi – _ nghĩa là một nửa). Trong khi chúng tự thu lấy carbon dioxide, bên dưới mặt đất chúng bám vào và ký sinh lên rễ của các loài thực vật khác, hút tài nguyên từ cây chủ. Với lá xanh, mô mọng nước, và đôi khi là những bông hoa sặc sỡ, hemiparasite trông bình thường trên mặt đất. Thực tế, một số loài thực vật được yêu thích và dễ nhận biết nhất ở Mỹ là hemiparasite, bao gồm Castilleja, thường được gọi là cỏ vẽ Ấn Độ, với những chùm hoa rực rỡ, sáng màu và hình bàn chải là cảnh tượng phổ biến ở các đồng cỏ núi, đồng bằng ven biển, và đồng cỏ nội địa trên khắp Bắc Mỹ.

Nghiên cứu về lợi ích sinh thái của thực vật ký sinh

Mặc dù một phần lớn của nghiên cứu về thực vật ký sinh trước đây tập trung vào việc kiểm soát các loài xâm lấn, một trọng tâm mới về sinh thái học trên các hemiparasite đã thúc đẩy một loạt nghiên cứu làm nổi bật vai trò tích cực và đôi khi là sâu sắc mà các loài thực vật này có thể có đối với cấu trúc hệ sinh thái. Dù người ta có thể nghĩ rằng một loài ký sinh chỉ gây hại, nhưng điều đó còn xa mới là sự thật.

Không giống như hầu hết các loài holoparasite, hemiparasite là các loài tổng quát và ký sinh trên nhiều loại cây chủ khác nhau. Do đó, các loài thực vật phong phú trong một cộng đồng tự nhiên có xu hướng bị ký sinh nhiều hơn so với các loài ít phổ biến, đơn giản vì chúng sẽ gặp phải hemiparasite thường xuyên hơn. Bằng cách bám vào và giảm sự phát triển của các loài thống trị, hemiparasite giải phóng các loài thực vật khác khỏi sự cạnh tranh loại trừ, cải thiện cơ hội của chúng trong việc xâm chiếm một khu vực mới hoặc gia tăng dân số.

Có lẽ một cách nghịch lý, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung một hemiparasite vào một khu vực có thể tăng sự đa dạng thực vật tổng thể. Các cộng đồng này cũng trở nên cân bằng hơn; thay vì có một loài cây chủ thống trị với các loài khác chỉ xuất hiện lác đác, các loài thực vật có mặt với số lượng tương đối đồng đều.

Cách thực vật ký sinh tác động đến môi trường sinh thái

Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy tác động của hemiparasite vượt xa tầng thực vật. Trong một nghiên cứu được công bố năm 2018 trên tạp chí Ecology, Tiến sĩ Nate Haan và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng các chất hóa học trong mô lá của hemiparasite Castilleja phụ thuộc vào loài cây chủ mà nó ký sinh. Đổi lại, thành phần hóa học của lá hemiparasite gián tiếp ảnh hưởng đến kết quả sinh sản của loài bướm, có ấu trùng ăn mô của Castilleja.

Cùng với những tác động trực tiếp đến thành phần cộng đồng thực vật, thực vật ký sinh cũng đã được chứng minh là thay đổi các điều kiện phi sinh vật (tức là các điều kiện vật lý thay vì sinh học) trong hệ sinh thái của chúng. Vì các loài thực vật ký sinh liên tục nhận vật chất từ cây chủ, chúng thường gặp tình trạng dư thừa tài nguyên, chẳng hạn như thừa kali. Khi chúng chết đi, chất thải của thực vật ký sinh hoạt động như một loại phân bón tự nhiên, làm cho chất dinh dưỡng trở nên có sẵn hơn cho các loài thực vật và sinh vật khác như vi khuẩn đất lân cận. Do đó, nhờ sinh lý học độc đáo của chúng, hemiparasite có thể có ảnh hưởng không cân xứng đến hệ sinh thái và được coi không chỉ là loài chủ chốt mà còn là các kỹ sư hệ sinh thái.

Thực vật ký sinh trong việc phục hồi sinh thái

Tiềm năng sử dụng thực vật ký sinh trong việc phục hồi sinh thái đã được thảo luận từ lâu. Tại một số khu vực ở Trung Âu, hemiparasite đã được trồng tại các khu vực bị nhiễm các loài cỏ xâm lấn, vốn là các loài cây chủ phù hợp cho các loài ký sinh. Những nỗ lực này sẽ sớm làm sáng tỏ liệu hemiparasite có thể được sử dụng như một biện pháp kiểm soát sinh học tự nhiên để hỗ trợ cuộc chiến toàn cầu chống lại các loài xâm lấn hay không.