Cơ sở dữ liệu về Rêu tản và Rêu sừng: Đặt nền móng cho nhiều nghiên cứu mới
Những phát hiện mới về rêu sẽ giúp các nhà khoa học hiểu thêm về khả năng thích nghi của thực vật trong các điều kiện sống khắc nghiệt, cũng như tìm ra các hợp chất mới có khả năng gây độc tế bào ung thư
Loài mới Gymnomitrion vietnamicum Bakalin et Vilnet: A - tế bào ở đỉnh lá; B - một phần của thảm; C - bào tử và dây đàn hồi; D - mầm bào tử trên thảm; E - tế bào gần mép lá cuộn tròn; F - tế bào giữa lá; G - tế bào giữa lá phía trên chỗ chia đôi vitta. Thang đo: 50μm, dành cho A, C, E–G; 5 mm cho B, D. Ảnh: V. Bakalin, 2018/ VAST
Khảo sát khu hệ rêu
Với kích thước nhỏ bé, rêu là một nhóm thực vật ít được quan tâm nghiên cứu trong số các ngành thực vật bậc cao. Dù rêu là một trong những nhóm thực vật cổ xưa nhất, có thể giúp các nhà khoa học hiểu được quá trình tiến hóa của sự sống, song theo GS. Katie Field, chuyên gia về đất - thực vật tại Đại học Sheffield (Anh), không nhiều nhà khoa học quan tâm đến vai trò của rêu đối với cấu trúc và chức năng của các hệ sinh thái hiện đại, và những hiểu biết của chúng ta về rêu ít ỏi hơn hẳn so với hiểu biết về các loài thực vật phức tạp hơn.
Rêu (Bryophytes) được phân chia thành ba ngành, gồm Rêu thật (Bryophyta), Rêu tản (Marchantiophyta) và Rêu sừng (Anthocerotophyta). Cho đến nay, nghiên cứu về Rêu tản và Rêu sừng ở khu vực bán đảo Đông Dương còn rất hạn chế. Danh lục Rêu đầu tiên của Việt Nam được xuất bản bởi một nhà nghiên cứu rêu người Hungary, danh lục này bao gồm 394 loài Rêu thật và 162 loài Rêu tản và Rêu sừng.
Điều này đã thôi thúc các nhà khoa học thuộc Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) tiến hành khảo sát mức độ đa dạng của hai ngành Rêu tản và Rêu sừng tại Việt Nam. Theo họ, “Rêu tản và Rêu sừng là những loài thực vật tiên phong trên cạn. Khoảng 500 triệu năm trước, khi xuất hiện trên cạn chúng đã làm nồng độ CO2 trong khí quyển giảm đáng kể khiến nhiệt độ Trái đất hạ và kéo theo một kỳ băng giá. Ngày nay rêu tản vẫn đóng vai trò tiên phong chiếm lĩnh không gian sống mới, đặc biệt trong việc bắt đầu hình thành đất trên địa hình cằn cỗi, trong việc duy trì độ ẩm của đất và tái chế chất dinh dưỡng trong thảm thực vật rừng.”
Do đó, vào năm 2017, PGS.TS Nguyễn Văn Sinh và các đồng nghiệp thuộc Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật đã hợp tác với Viện Vườn thực vật, Phân viện Viễn Đông, Viện Hàn lâm Khoa học Nga thực hiện nghiên cứu về Rêu tản và Rêu sừng tại khu vực miền Bắc Việt Nam.
Theo thông tin được Trung tâm Thông tin - Tư liệu (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đăng tải, các nhà khoa học đã thực hiện các chuyến đi thực địa thu mẫu ở tám tỉnh gồm Lai Châu, Lào Cai, Sơn La, Hòa Bình, Hà Giang, Yên Bái, Cao Bằng, Lạng Sơn. Mẫu thu được đã được xử lý, định loại và xây dựng được 624 tiêu bản đáp ứng lưu trữ lâu dài phục vụ mục đích nghiên cứu. Toàn bộ số mẫu đã xây dựng thuộc 239 loài, 76 chi, 42 họ, 6 bộ, 4 lớp, 2 ngành.
PGS.TS Nguyễn Văn Sinh trong một chuyến đi thực địa. Ảnh: VAST
Qua thống kê tài liệu và kết quả của dự án, các nhà khoa học đã xác định được hiện ở Việt Nam có 625 loài Rêu tản và Rêu sừng đã được ghi nhận và lập được danh mục của 625 loài này. Đáng chú ý, trong số đó chỉ có 8 loài Rêu sừng. Dự án đã phát hiện cho khoa học một chi mới (Vietnamiella) và 2 loài mới (Vietnamiella epiphytica và Calypogeia vietnamica). Nhóm đã xây dựng được một cơ sở dữ liệu cho các mẫu Rêu tản và Rêu sừng, bao gồm thông tin 624 tiêu bản của hai bộ mẫu.
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng tham khảo 131 tài liệu tiếng Anh để đánh giá tiềm năng về hoạt chất sinh học của các ngành Rêu tản và Rêu sừng. Từ đây, họ đã lập được danh sách 93 loài Rêu tản và Rêu sừng có chứa hoạt tính sinh học, trong đó có 29 loài đã được ghi nhận có phân bố ở Việt Nam.
Hoạt tính sinh học
Là những người đã có nhiều kinh nghiệm nghiên cứu về Rêu tản và Rêu sừng, các nhà khoa học Nga từ Viện Hàn lâm Khoa học Nga đã chia sẻ kinh nghiệm và hỗ trợ tích cực cho các nhà khoa học Việt Nam trong một lĩnh vực nghiên cứu còn khá mới mẻ. Các kết quả trên là cơ sở quan trọng đặt nền móng cho việc nghiên cứu Rêu tản và Rêu sừng ở Việt Nam.
Không chỉ học hỏi được những kinh nghiệm mới, dự án hợp tác cũng đã giúp nhóm nghiên cứu nhận ra rằng các thông tin như môi trường sống, vị trí địa lý về những loài rêu này vẫn còn ít ỏi - dù Việt Nam thuộc khu vực nhiệt đới với điều kiện tự nhiên phong phú thuận lợi để rêu phát triển. Bên cạnh đó, các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, loài Rêu tản và Rêu sừng chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học, nhưng chưa có những nghiên cứu cần thiết theo hướng này tại Việt Nam.
Tiếp nối những điều còn dở dang từ các nghiên cứu trước, với mong muốn xây dựng bức tranh tổng thể về thành phần loài Rêu tản và Rêu sừng ở vùng núi phía Bắc, PGS.TS Nguyễn Văn Sinh đã tiếp tục thực hiện một đề tài nghiên cứu thành phần loài và bước đầu khảo sát thành phần hóa học của Rêu tản và Rêu sừng.
Theo thông tin được đăng tải trên trang chủ Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, các nhà khoa học đã xây dựng hai bộ mẫu Rêu tản và Rêu sừng. Trong đó, một bộ gồm 350 mẫu của 146 loài thu thập tại các tỉnh Điện Biên, Lào Cai, Yên Bái, Hòa Bình, Thanh Hóa và Nghệ An. Bộ mẫu thứ hai gồm 388 mẫu của 170 loài thu thập tại các tỉnh Tuyên Quang, Thái Nguyên, Phú Thọ, Bắc Cạn và Lai Châu. Đáng chú ý, lần này, các nhà khoa học đã xây dựng một cơ sở dữ liệu cung cấp đầy đủ thông tin về vị trí địa lý, độ cao, địa điểm và môi trường sống của 738 mẫu rêu. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã công bố được một loài rêu mới là Gymnomitrion vietnamicum cho khoa học.
Đặc biệt, các nhà nghiên cứu đã phân tích, xác định thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của loài Rêu tản Porella perrottetiana (Mont.) Trevis. Kết quả phân tích hóa học đã xác định được hai chất mới là chất perrottetianal E (có công thức là C20H28O4) và chất (+)-oplopanone C ((+)-11-methyxyoplopanone) (có công thức là C16H28O3). Kết quả thử hoạt tính sinh học cho thấy, dịch chiết tổng và cả ba cặn chiết đều có hoạt tính đối với cả bốn dòng tế bào ung thư. Trong đó, đáng chú ý là cặn chiết tổng và cặn chiết EtOAc có hoạt tính trên dòng tế bào ung thư gan (Hep-G2) tương ứng với IC50 = 3.51 ± 0.21 μg/mL và IC50 = 4.23±0.86 μg/mL.
Ngoài ra, trong một công bố vào tháng 12/2023, các nhà khoa học đã phát hiện ra dịch chiết ethanol của loài rêu tản Porella obtusatathu hái tại Sa Pa thể hiện hoạt tính gây độc tế bào trên bốn dòng tế bào ung thư gồm ung thư biểu mô (KB), ung thư gan (Hep-G2), ung thư phổi (A549) và ung thư vú (MCF7).
Trước những kết quả thu được, PGS.TS Nguyễn Văn Sinh nhận định Việt Nam có khu hệ Rêu tản và Rêu sừng đa dạng, còn nhiều tiềm năng khám phá loài mới cũng như hoạt chất sinh học của chúng, do đó, ông hy vọng có thể tiếp tục mở rộng hướng nghiên cứu triển vọng này trong tương lai.
Đó cũng là hướng nghiên cứu mà các nhà khoa học quốc tế đang quan tâm. Theo GS. Katie Field, rêu có khả năng tồn tại trong nhiều môi trường khắc nghiệt. Điều này khiến chúng trở thành đối tượng tuyệt vời để nghiên cứu quá trình tiến hóa của thực vật - phần lớn diễn ra trong các điều kiện khắc nghiệt trên Trái đất. Nghiên cứu về di truyền học và sinh lý học của rêu hiện đại đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về mức độ thích nghi của thực vật, cho phép chúng chuyển từ môi trường nước sang đất liền – chẳng hạn như cách rêu “hợp tác” với nấm để tiếp cận chất dinh dưỡng của đất. Chúng còn có một khả năng chống chọi đáng kinh ngạc trước áp lực môi trường như hạn hán và bức xạ tia cực tím.
Quả thật, một trong những đặc điểm quan trọng nhất của rêu là sức chịu đựng của chúng trong những tình huống khó khăn. Khi khan hiếm nước, rêu có thể chuyển sang trạng thái tạm dừng sinh học (suspended animation), khi ấy chúng giảm thiểu hoạt động trao đổi chất, từ đó giúp chúng kéo dài thời gian tồn tại cho đến khi điều kiện sống được cải thiện. Một số loài, chẳng hạn như rêu sa mạc Syntrichia caninervis, có thể tồn tại hàng trăm năm trong trạng thái này và có thể hồi sinh trong vòng vài giờ sau khi ngâm nước trở lại.
Khả năng chịu hạn ở rêu sẽ là cơ sở để các nhà khoa học khám phá ra những phương thức mới nhằm bảo vệ cây trồng khỏi hạn hán khắc nghiệt trong tương lai.
