Các bào tử sinh sôi một cách đáng kể nhờ khí động lực học

Trong nhiều trường hợp, các nhà khoa học cáo cáo trong biên bản lưu của Học Viện Khoa Học Quốc Gia, việc kéo dãn được trãi nghiệm bởi những bào tử nấm trong 1% toàn bộ cực tiểu có thể kéo dãn cho kích thước của chúng.Nhưng những hình dạng bóng mượt được nhìn thấy chỉ trong số những loài được phân bổ bởi gió, không phải là những loại được phân tán bởi động vật.

“Chúng tôi bắt đầu trả lời cho một câu hỏi đơn giản: tại sao các bào tử nấm có hình dạng do chúng tạo ra?” đồng tác giả Marcus Roper, người đã đóng góp cho nghiên cứu như là một nhà toán học ứng dụng tốt nghiệp tại trường Harvard khoa kỹ thuật kỹ sư và khoa học ứng dụng cho biết. “Kết quả cho thấy rằng đối với những bào tử bị đào thải bằng sức mạnh, hình dạng của chúng có thể được giải thích bằng những nguyên lý tự nhiên: Các bào tử cần được che kín để giảm thiểu sự tác động của không khí với kích thước của chúng. Như những vật phóng ra, chúng khép kín hoàn hảo.”

Roper hiện nay là tiến sĩ nghiên cứu tại đại học California, Berkeley. Cùng với các bạn đồng nghiệp tại Harvard, Roper nghiên cứu các bào tử bay của hơn 100 loài nấm nang, đây là ngành lớn nhất của họ nấm. Loại nấm này tấn công thời kỳ phân loại giới tính trong chu trình sống của chúng khi chúng hút hết các chất dinh dưỡng trong vật ký gửi hoặc là làm suy yếu bất kì nơi đâu mà chúng tạm trú.

Trong những loài này,bào tử được tổ chức trong chất lỏng lấp đầy túi – nơi mà sức ép xây dựng cho đến lúc cuối cùng chúng nổ tung, đào thảy các bào tử vào trong không khí xung quanh. Một lợi thế tối ưu cho kích thước nhỏ gọn cua chúng là các bào tử có thể nhờ vào gió mà bay xa tới vài ngàn mét trong không khí; hơn nữa 10 bào tử cực bé nhẹ đến mức mà nó có thể được đẩy đi xa thậm chí chỉ bằng cơn gió nhẹ.

Trong khi Roper và các bạn đồng nghiệp phát hiện ra rằng lớp nấm nang đào thải bào tử ở mức độ mạnh đột ngột là 1.24 m/mỗi giây, các bào tử giảm tốc độ rất nhanh, nâng cao tầm quan trọng của khí động lực học trong kết quả sinh sôi nảy nở. Các bào tử được di chuyển bởi động vật không có hình thù nhỏ gọn như được thấy tỏng số các bào tử bay, đồng tác giả, nhà nghiên cứu nấm Anne Pringle cho biết.

“Một loại nấm nang được biết như là nấm cục, mở rộng bào tử của chúng khi nó được ăn và được bài tiết bởi động vật,” Pringle phó giáo sư tiến hóa sinh vật học tại trường Harvard nói. “Những loại nấm nang khác cho các bào tử của chúng trong một chất dính, sau đó được phát tán bởi côn trùng. Những loài vật phát tán bào tử không phô bày hình thù giảm thiểu đặc biệt của chúng.” Pringle nói: “Chúng ta có thể thấy được dấu hiệu của việc lựa chọn tự nhiên trong nguyên tắc rất đơn giản này là các vết cắt ngang qua một dãy của các loại. Đó là một biến đổi thình lình tiến bộ trong sự hiểu biết về sinh vật học của chúng ta về hàng triệu nhóm vi sinh vật, cho thấy chúng phản ứng lại và thích nghi được với môi trường sống ra sao.

Sự kết hợp không bình thường giữa môn học nấm và ứng dụng toán học được ấp ủ tại trường Harvard bởi quan hệ gần gũi của phương tiện tạp nham như là các camera tốc độ cao mà Roper đã sử dụng để chụp ảnh sự phóng thích bào tử và thư viện Farlow 130 năm, nơi được xếp loại là một trong số những bộ sưu tập thực vật học và họ nấm lớn nhất của thế giới.

“Sự cộng tác này tiêu biểu một cách chính xác cho loại cơ hội duy nhất và đặc biệt về Harvard”, đồng tác giả Michael P. Brenner cho biết. “Công việc này kết nối nhiều lĩnh vực – môn học nấm và ứng dụng toán học – trong các cách điều phối và cộng tác thực sự, với một sự đóng góp quan trọng từ các bộ sưu tập đáng kể của Harvard.”

Thêm vào đó, Roper, Pringle, and Brenner, Rachel Pepper thuộc khoa vật lý của trường Harvard góp phần vào nghiên cứu. Nghiên cứu này được tài trợ bởi Eastman Kodak, đại học Harvard Herbaria, trung tâm kỹ thuật và khoa học vật chất Harvard và tổ chức khoa học quốc gia.