Lúa cỏ (lúa ma) là một loại thực vật cực kỳ nguy hiểm, có khả năng làm giảm năng suất cây trồng hơn 80% nếu cánh đồng bị chúng xâm chiếm.
"Lúa cỏ đã phát triển việc tăng trưởng rễ đơn độc, cho phép nó khai thác dưỡng chất trong đất ruộng lúa," ông Kenneth M. Olsen, giáo sư sinh học tại Đại học Arts & Science tại Washington, một tác giả chính, chia sẻ phát hiện này trong bài viết đăng trong tạp chí New Phytologist.
"Chúng ta thường xem xét các cạnh tranh sinh tồn xảy ra trên mặt đất. Tuy nhiên, đó mới chỉ là một nửa của vấn đề," Olsen nói. "Còn nữa kia, 'một nửa ẩn', nằm ở hệ thống rễ, vốn có vai trò quan trọng nhất cho sự phát triển và sinh tồn của thực vật: hấp thụ nước và các chất dinh dưỡng thiết yếu như nitơ và phốt pho."
Theo tính toán, rễ tăng trưởng thực sự quan trọng, có tính quyết định đến việc cạnh tranh sinh tồn, hơn là những cạnh tranh phía bên trên mặt đất."Điều này đặc biệt đúng đối với các loài cỏ dại trong nông nghiệp, như lúa cỏ", Olsen nói.
Các nhà khoa học chỉ mới bắt đầu hiểu biết thực tế về sự phát triển của rễ và các tương tác của rễ dưới mặt đất có ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh của cây trồng. Trước đây, họ không thể hiểu biết đúng về một hệ thống rễ mà không đào nó lên (và chắc chắn sẽ làm hỏng nó), hoặc trồng cây trong điều kiện nhân tạo, kẹp giữa hai tấm kính.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã so sánh rễ của hai loại lúa cỏ tiến hóa độc lập xảy ra trên cùng một cánh đồng lúa ở miền Nam Hoa Kỳ. Sử dụng các kỹ thuật hình ảnh mới, bao gồm phương pháp chụp cắt lớp quang học bán tự động do Christopher Topp phát triển tại Trung tâm khoa học thực vật Donald Danforth, các nhà nghiên cứu đã chụp hơn 70 bức ảnh về hệ thống rễ của từng cây, trong số 671 cây lúa khác nhau. Sau đó, họ mô hình hóa các hình ảnh 3D để tạo ra các bản đồ kỹ thuật số 360 độ về bộ rễ
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều thuật toán mà họ đã phát triển để phân tích 98 đặc điểm vật lý - bao gồm độ sâu của rễ, chiều rộng của hệ thống rễ, các đặc điểm thăm dò nhất định và góc mở rộng của bộ rễ. Họ cũng tiến hành phân tích di truyền để giám sát các lộ trình tiến hóa riêng của cỏ dại.
"Chọn lọc tự nhiên cho thấy, chúng (hai loại gạo cỏ) nên đáp ứng với môi trường bằng cách phát triển những đặc điểm tương tự", Marshall J. Wedger, một nghiên cứu viên tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Olsen và là tác giả đầu tiên của bài báo nói. "Chúng đã có những đặc điểm tiến hóa này để đáp ứng với áp lực môi trường, bằng nhiều cơ chế di truyền rất khác nhau."
Nghiên cứu mới cho thấy, hai giống lúa cỏ tiến hóa độc lập đã có cùng một mô hình tăng trưởng rễ để cạnh tranh với lúa trồng trong việc hấp thu chất dinh dưỡng từ đất.