Từ những bông bồ công anh mỏng manh đến những cây sồi hùng vĩ, hàng triệu loài thực vật sử dụng hạt giống để sinh sản và phát triển. Nhưng hạt giống đầu tiên xuất hiện từ đâu?

Hạt giống đã đóng vai trò quan trọng trong việc giúp thực vật tiến hóa và thích nghi với môi trường. Chúng mang lại cho thế giới tự nhiên vẻ đẹp đa dạng, đồng thời cung cấp thức ăn và dược liệu cho con người. Khó có thể hình dung thế giới sẽ như thế nào nếu không có hạt giống.

Hạt giống phát tán từ cây bồ công anh. (Nguồn: Getty Images).

Thực vật bắt đầu sử dụng hạt để sinh sản từ cuối kỷ Devon, cách đây khoảng 419–359 triệu năm. Mặc dù các nhà khoa học vẫn chưa xác định chính xác nguồn gốc tiến hóa của hạt, nhưng các hóa thạch sớm nhất được ghi nhận có niên đại từ kỷ Famennian, khoảng 372 triệu năm trước.

Một ví dụ nổi bật là hóa thạch của Elkinsia polymorpha, được phát hiện ở Tây Virginia, Mỹ. Loài thực vật này có các chồi mang hạt – một đặc điểm tiến hóa mới mẻ thời bấy giờ, theo Bảo tàng Cổ sinh vật học của Đại học California, Berkeley. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng tìm thấy nhiều hóa thạch hạt cổ đại khác tại châu Âu và Trung Quốc.

Theo Giáo sư Gerhard Leubner, chuyên gia hóa sinh thực vật tại Đại học Royal Holloway, London, thực vật bắt đầu phát triển hạt không lâu sau khi chúng chuyển từ môi trường nước lên đất liền, khoảng 450 triệu năm trước.

Hạt dẻ ngựa. (Nguồn: Getty Images).

Ban đầu, thế giới được thống trị bởi dương xỉ sinh sản bằng bào tử, từ những bào tử này, thực vật hạt đã tiến hóa.

Một số loài thực vật cổ đại như rêu, tảo và dương xỉ vẫn duy trì phương thức sinh sản bằng bào tử. Bào tử là một tế bào đơn chứa DNA của cây mẹ, trong khi hạt giống là một cấu trúc phức tạp hơn, được hình thành từ sự kết hợp giữa phấn hoa của cây đực và noãn của cây cái.

Bào tử cần độ ẩm cao để tồn tại, trong khi hạt giống có lớp vỏ bảo vệ cứng cáp và khả năng dự trữ dinh dưỡng, giúp chúng thích nghi với nhiều môi trường sống khác nhau.

Leubner giải thích: "Hạt giống không chỉ bền bỉ hơn bào tử mà còn có thể sinh tồn qua các điều kiện khắc nghiệt nhờ lớp vỏ bảo vệ và khả năng dự trữ năng lượng".

Lợi thế vượt trội của hạt giống

Hạt giống có thể "ngủ đông", trì hoãn quá trình nảy mầm cho đến khi điều kiện thuận lợi. Sự linh hoạt này cho phép chúng tồn tại và phát triển ở những môi trường khác nhau, từ vùng sa mạc khô cằn đến những khu rừng ẩm ướt.

Charles Knight, nhà sinh học tiến hóa thực vật tại Đại học Bách khoa California cho biết, trạng thái ngủ đông là "vũ khí bí mật" của hạt giống. "Chúng có thể di chuyển không chỉ qua không gian mà còn qua thời gian. Hạt giống có thể nằm im trong đất hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm trước khi nảy mầm", Knight chia sẻ.