Cây trinh nữ (cây xấu hổ, Mimosa pudica) cụp lá khi bị chạm vì các "khớp" nhỏ ở gốc lá chét và cuống lá đột ngột mất nước: tế bào ở một phía của khớp xẹp xuống, lá gập lại trong vài giây. Tín hiệu đi bằng xung điện qua thân cây, nên chạm mạnh một chỗ có thể làm cả nhánh cụp theo. Sau khoảng vài phút đến mười mấy phút, lá từ từ mở lại.
Cây dại quen mặt ở Việt Nam
Trinh nữ gốc ở vùng nhiệt đới châu Mỹ, nay mọc hoang khắp vùng nhiệt đới, kể cả bờ ruộng, ven đường, bãi đất trống ở Việt Nam. Thân bò có gai nhỏ, hoa hình quả cầu bông màu hồng tím, lá kép lông chim gồm nhiều cặp lá chét nhỏ. Tuổi thơ của nhiều người gắn với việc đi dọc bờ ruộng chạm cho lá trinh nữ cụp lại.
Tên khoa học pudica trong tiếng Latinh nghĩa là "e thẹn" — cùng ý với tên "xấu hổ", "mắc cỡ" của người Việt.
Khớp lá: chiếc bản lề chạy bằng nước
Ở gốc mỗi lá chét, gốc mỗi cuống phụ và gốc cuống lá chính có một chỗ phình gọi là thể gối (pulvinus). Đó là bản lề của lá.
- Thể gối chứa những tế bào căng nước. Khi tế bào ở cả hai phía đều căng, lá giữ ở tư thế mở.
- Khi có tín hiệu kích thích, màng tế bào ở một phía của thể gối mở các kênh cho ion kali và clorua thoát ra ngoài.
- Nước đi theo các ion ra khỏi tế bào (thẩm thấu). Tế bào phía đó xẹp xuống nhanh.
- Phía còn lại vẫn căng, nên bản lề gập về phía xẹp — lá chét khép lại, cuống lá rũ xuống.
Khi kích thích qua đi, cây từ từ bơm ion trở lại, nước quay vào tế bào, lá mở ra. Giai đoạn mở chậm hơn nhiều so với giai đoạn đóng, vì bơm ion ngược lại tốn năng lượng và thời gian.
Tín hiệu lan đi: điện thế trong thân cây
Chạm nhẹ một lá chét thì chỉ cặp lá chét đó và vài cặp gần cụp. Chạm mạnh hay đốt nóng một lá thì lá chét cụp lần lượt dọc cuống, rồi cuống lá rũ, có khi cả các lá lân cận cũng phản ứng. Tín hiệu đã chạy qua cây.
Các nhà sinh lý học thực vật đo được những xung điện lan dọc theo mô dẫn của trinh nữ, tương tự về bản chất với điện thế hoạt động ở thần kinh động vật nhưng chậm hơn rất nhiều — cỡ xen-ti-mét mỗi giây, trong khi sợi thần kinh có bao myelin của người dẫn khoảng 100 m/s. Ngoài xung điện, khi bị tổn thương mạnh còn có tín hiệu hoá học và áp suất thuỷ lực lan đi.
| Kích thích | Phản ứng thường thấy |
|---|---|
| Chạm nhẹ đầu lá chét | Một vài cặp lá chét gập lại trong vài giây |
| Chạm mạnh hoặc rung cả nhánh | Cả lá kép khép, cuống lá rũ xuống |
| Hơi nóng, vết thương | Phản ứng lan rộng sang lá khác |
| Trời tối | Lá cũng khép lại, "ngủ" qua đêm |
Vì sao cây phải cụp lá
Khoa học chưa có một đáp án duy nhất, nhưng có vài giả thuyết hợp lý, có thể cùng đúng:
- Doạ kẻ ăn lá: một con vật vừa chạm vào thấy cây bỗng như héo rũ, kém hấp dẫn hơn. Lá cụp lại cũng làm lộ các gai trên thân.
- Hất côn trùng: cú gập đột ngột có thể làm sâu bọ nhỏ rơi khỏi lá.
- Giữ nước: khép lá giảm diện tích phơi ra gió và nắng, hữu ích khi trời khô hay gió mạnh.
Cụp lá cũng có giá: lá khép không quang hợp được. Vì vậy cây không thể cụp mãi, và việc "học" bỏ qua kích thích vô hại có ý nghĩa — xem phần dưới.
Trinh nữ có "trí nhớ"?
Năm 2014, Monica Gagliano và cộng sự công bố trên tạp chí Oecologia một thí nghiệm gây chú ý. Họ cho chậu trinh nữ rơi nhẹ từ độ cao nhỏ lặp đi lặp lại. Lúc đầu cây cụp lá mỗi lần rơi. Sau nhiều lần, cây không cụp nữa — dường như đã "học" rằng cú rơi ấy vô hại. Trong khi đó, khi bị rung lắc theo kiểu khác, cây vẫn cụp, nghĩa là nó không đơn giản là mệt. Theo nhóm nghiên cứu, hiệu ứng còn giữ được khi thử lại sau tới khoảng một tháng.
Kết quả này thường được gọi là "thực vật có trí nhớ". Cần đọc cẩn thận: đây là hiện tượng quen dần (habituation), dạng học đơn giản nhất, không có nghĩa cây "suy nghĩ" hay "nhớ" như người. Cách diễn giải và khả năng lặp lại của thí nghiệm vẫn đang được giới khoa học tranh luận.
Hai thí nghiệm lịch sử với trinh nữ
Năm 1729, nhà thiên văn Pháp Jean-Jacques d'Ortous de Mairan để một cây họ trinh nữ trong tủ tối. Ông thấy lá vẫn mở ban ngày, khép ban đêm dù không có ánh sáng. Đây được xem là một trong những quan sát đầu tiên về nhịp sinh học ngày đêm — đồng hồ bên trong sinh vật.
Thế kỷ 19, nhà sinh lý học Pháp Claude Bernard cho trinh nữ tiếp xúc với hơi ether, chất gây mê thời đó. Cây "ngủ": chạm vào không còn cụp lá, giống như động vật bị gây mê không phản ứng. Phát hiện gợi ý rằng thuốc mê tác động lên một cơ chế chung của tế bào sống, không chỉ lên não.
Thế kỷ 20, nhà khoa học Ấn Độ Jagadish Chandra Bose chế tạo các dụng cụ ghi chuyển động rất nhỏ của cây và đo phản ứng điện ở trinh nữ, góp phần đặt nền cho ngành điện sinh lý thực vật. Một số kết luận rộng hơn của ông về "cảm xúc" thực vật thì không được giới khoa học chấp nhận.
Góc nhìn hôm nay: thí nghiệm bấm giờ với trinh nữ
Nếu gần nhà có bụi trinh nữ, bạn có thể làm một thí nghiệm khoa học nhỏ chỉ với đồng hồ bấm giờ của điện thoại:
- Chọn một lá đang mở. Dùng đầu bút chì chạm nhẹ một lá chét ở đầu lá. Bấm giờ đến khi cặp lá chét đó khép hẳn.
- Đếm có bao nhiêu cặp lá chét cụp theo, và chúng cụp theo thứ tự nào.
- Bấm giờ từ lúc khép đến lúc lá mở lại hoàn toàn.
- Thử vào buổi sáng mát và buổi trưa nóng, so sánh hai lần đo.
- Thử chạm một lá liên tục mỗi phút vài lần: lá có phản ứng yếu dần không?
Ghi lại số đo vào sổ là bạn đã có một bản nhật ký thí nghiệm đúng nghĩa. Nhớ đeo dép, trinh nữ có gai, và rửa tay sau khi chạm vào cây dại. Không ăn hay sắc uống cây khi chưa hỏi chuyên môn.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao cây trinh nữ cụp lá khi chạm vào?
Khi bị chạm, tế bào ở một phía của khớp gốc lá (thể gối) đẩy ion kali ra ngoài, nước theo ra và tế bào xẹp xuống. Bản lề gập về phía xẹp nên lá khép lại trong vài giây.
Lá trinh nữ mở lại sau bao lâu?
Thường từ vài phút đến mười mấy phút, tuỳ mức kích thích, nhiệt độ và sức khoẻ của cây. Mở lại chậm hơn cụp vì cây phải bơm ion và nước trở lại tế bào.
Cây trinh nữ có trí nhớ không?
Thí nghiệm của Gagliano và cộng sự năm 2014 cho thấy trinh nữ thôi cụp lá khi bị rơi nhẹ lặp lại nhiều lần, gọi là quen dần. Đây là dạng học đơn giản, không phải trí nhớ như người, và cách diễn giải vẫn còn tranh luận.
Vì sao cây trinh nữ cụp lá vào ban đêm?
Đó là vận động ngủ theo nhịp ngày đêm, điều khiển bởi đồng hồ sinh học của cây. Năm 1729, de Mairan thấy lá vẫn khép mở theo nhịp ngày đêm dù để trong tủ tối.
Cây xấu hổ và cây trinh nữ có phải một không?
Có. Trinh nữ, xấu hổ, mắc cỡ đều là tên gọi của Mimosa pudica. Chữ pudica trong tiếng Latinh nghĩa là e thẹn, cùng ý với tên tiếng Việt.
