Khi bạn chiếu đèn tia cực tím (UV) vào một bát trái cây và đột nhiên một số quả phát sáng, cảm giác đó gần như siêu nhiên. Nhưng thứ “ánh sáng” xanh, xanh lục hoặc vàng kỳ lạ đó không phải là ma thuật hay hóa chất ẩn giấu — đó là sự kết hợp của vật lý, hóa sinh và sinh học thực vật. Một số loại trái cây tự nhiên phát quang dưới ánh sáng cực tím (UV) vì các phân tử bên trong vỏ và thịt quả của chúng, đặc biệt là các sắc tố và hợp chất phenolic hấp thụ tia UV vô hình và phát lại nó dưới dạng ánh sáng khả kiến.
Dưới đây là phân tích sâu về lý do tại sao một số loại trái cây phát sáng dưới tia UV, điều gì đặc biệt ở quả chuối và các nhà khoa học nghĩ rằng hiện tượng phát quang này có thể có ý nghĩa gì đối với thực vật và động vật — không chỉ là trò tiêu khiển trong nhà bếp của bạn.
Ánh sáng UV, phát quang và tại sao trái cây “phát sáng”
Dưới ánh sáng bình thường, bạn chỉ nhìn thấy những màu sắc mà các sắc tố phản xạ trực tiếp — đỏ từ anthocyanin, xanh lục từ diệp lục, vàng và cam từ carotenoid. Dưới ánh sáng UV, bạn đang buộc những sắc tố và phân tử khác đó phải tham gia vào một trò chơi khác.
- Ánh sáng UV có bước sóng ngắn hơn và năng lượng cao hơn ánh sáng khả kiến.
- Một số phân tử trong trái cây hấp thụ năng lượng UV đó và sau đó nhanh chóng phát lại một phần nó ở bước sóng khả kiến dài hơn — một quá trình gọi là phát quang.
- Đối với mắt bạn, điều đó trông giống như một “ánh sáng” mờ hoặc sáng, thường là màu xanh lam, xanh lục lam hoặc vàng lục, tùy thuộc vào hợp chất.
- Quan trọng là, đây là phát quang, không phải phát quang sinh học. Trái cây không tự tạo ra ánh sáng (theo cách mà đom đóm làm); nó chỉ phát sáng khi nguồn UV đang chiếu.
- Ở nhiều loại trái cây, ánh sáng phát ra yếu. Ở một số ít, như chuối, nó đủ ấn tượng để bạn có thể nhìn thấy rõ ràng bằng đèn pin UV giá rẻ.
Chuối: Hình mẫu điển hình của trái cây phát sáng
Chuối là ví dụ nổi tiếng nhất về loại trái cây có thể nhìn thấy được phát sáng dưới tia UV. Vỏ chuối chín cho thấy sự phát quang màu xanh lam nổi bật dưới ánh sáng đen, và quầng sáng xung quanh các “đốm tuổi” màu nâu có thể phát sáng đặc biệt rực rỡ.
Nghiên cứu ban đầu liên kết ánh sáng này với sự phân hủy diệp lục khi chuối chín:
- Chuối xanh rất giàu diệp lục, mang lại cho chúng màu xanh lục.
- Trong quá trình chín, diệp lục bị phân hủy, tạo ra các sản phẩm phân hủy tạm thời gọi là chất chuyển hóa diệp lục phát quang (FCC), có thể phát quang trong vùng màu xanh lam dưới tia UV.
- Ở hầu hết thực vật, FCC là các chất trung gian tồn tại ngắn, nhanh chóng chuyển đổi thành các hợp chất không phát quang, vì vậy bạn thường không chú ý đến chúng.
Chuối hóa ra lại khác. Các nhà khoa học tại Đại học Innsbruck và Đại học Columbia phát hiện ra rằng khi chuối chín, chúng tích tụ các sản phẩm phân hủy diệp lục bất thường ổn định trong vỏ. Các chất trung gian phát quang này tồn tại lâu, làm cho vỏ phát sáng màu xanh lam rực rỡ dưới tia UV; cường độ tương quan với độ chín, chỉ giảm khi trái trở nên quá chín.
Công trình sau này bổ sung một khía cạnh quan trọng. Một nghiên cứu khoa học thực vật năm 2018 cho thấy sự phát quang màu xanh lam mạnh nhất trong quả chuối thực sự đến từ các hợp chất phenolic (chẳng hạn như dẫn xuất axit ferulic) liên kết với thành tế bào trong vỏ và thịt quả, không chỉ từ các chất chuyển hóa diệp lục hòa tan. Sử dụng kính hiển vi, các nhà nghiên cứu phát hiện:
- Phát quang màu xanh lam mạnh nhất ở thành tế bào (không bào) và ít hơn từ các lục lạp chứa diệp lục.
- Thịt trắng của chuối thậm chí phát sáng mạnh hơn vỏ dưới tia UV, do các phenol liên kết với thành tế bào này.
- Diệp lục trong mô xanh thực sự “che giấu” sự phát quang bằng cách hấp thụ ánh sáng xanh phát ra — vì vậy chuối xanh chưa chín dường như không phát sáng, trong khi chuối vàng chín cho thấy ánh sáng xanh một khi diệp lục bị phân hủy.
Vì vậy, ở chuối, hai điều phối hợp với nhau:
- Sự phân hủy diệp lục trong quá trình chín tạo ra một số chất trung gian phát quang.
- Các este phenolic không hòa tan dồi dào trong thành tế bào phát quang mạnh trong dải màu xanh lam dưới tia UV.
Kết quả là một ánh sáng xanh lam đạt đỉnh quanh độ chín và mờ dần theo sự lão hóa tiến triển, đặc biệt là xung quanh các đốm tuổi, nơi các tế bào đang chết và các sản phẩm phân hủy tập trung.
Các loại trái cây khác: Sắc tố và hợp chất phenolic phát quang
Chuối không đơn độc. Một số loại trái cây khác cũng thể hiện sự phát quang đáng chú ý dưới tia UV, mặc dù thường ít ấn tượng hơn:
- Một số loại quả mọng và trái cây nhiệt đới có thể phát ra ánh sáng xanh lam hoặc xanh lục lam mờ, được thúc đẩy bởi sự kết hợp của các hợp chất phenolic, flavonoid và một số sản phẩm phân hủy của diệp lục.
- Vỏ cam quýt có thể phát quang màu vàng lục do các flavonoid như hesperidin và các phân tử liên quan tập trung trong vỏ.
- Một số loại nho, anh đào và quả mọng sẫm màu chứa anthocyanin và các phenol liên quan có thể phát quang yếu hoặc tạo ra sự thay đổi màu sắc thú vị dưới tia UV, mặc dù các sắc tố khả kiến mạnh của chúng thường lấn át hiệu ứng đối với mắt thường.
Nói chung:
- Các axit phenolic (như axit ferulic, axit caffeic), flavonoid và một số hợp chất thơm trong thành tế bào hoặc không bào là những tác nhân phát quang phổ biến.
- Các chất chuyển hóa diệp lục có thể đóng một vai trò khi diệp lục đang tích cực phân hủy, thường là trong quá trình chín hoặc lão hóa lá.
- Màu sắc chính xác của sự phát quang phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và môi trường của nó, nhưng các bức xạ màu xanh lam và xanh lục lam xung quanh 400–500 nm đặc biệt phổ biến trong mô thực vật dưới tia UV.
Bài báo về chuối năm 2018 nhấn mạnh rằng ở cây một lá mầm như chuối, ngô và mía, sự phát quang màu xanh lam thường mạnh nhất ở thành tế bào; ở nhiều cây hai lá mầm (ví dụ: bạc hà, dâm bụt), sự phát quang có thể chiếm ưu thế hơn trong không bào hoặc lục lạp, cho thấy cách giải phẫu mô và hóa học giao nhau.
Phát quang so với màu sắc tự nhiên: Điều gì thay đổi khi trái cây chín
Ngay cả khi không có tia UV, bạn vẫn có thể thấy sự thay đổi màu sắc của trái cây khi chúng chín: xanh sang vàng (chuối, xoài), xanh sang đỏ (cà chua), nhạt sang tím sẫm (quả mọng). Những thay đổi khả kiến này xuất phát từ sự tương tác giữa ba họ sắc tố chính:
- Diệp lục: màu xanh lục, liên quan đến quá trình quang hợp, chiếm ưu thế ở trái cây chưa chín.
- Carotenoid: vàng, cam, đỏ (beta-carotene, lutein, v.v.), thường được tiết lộ khi diệp lục bị phân hủy.
- Anthocyanin: đỏ, tím, xanh lam, đặc biệt là ở vỏ của quả mọng và anh đào.
Dưới ánh sáng UV, sự phát quang tiết lộ một lớp ẩn bổ sung — sự hiện diện của các hợp chất cụ thể hấp thụ UV và phát ra ánh sáng khả kiến. Khi trái cây chín:
- Mức độ diệp lục giảm; sự phân hủy của nó giải phóng các chất trung gian và làm lộ ra các carotenoid và phenol tiềm ẩn.
- Một số sản phẩm phân hủy và este phenolic đó phát quang, làm cho trái cây chín phát sáng nhiều hơn trái cây chưa chín.
Đối với chuối, trái cây xanh chưa chín cho thấy ít hoặc không có ánh sáng, trong khi chuối vàng chín phát quang mạnh. Ánh sáng yếu đi trở lại khi chuối quá chín chuyển sang màu nâu và các phenol bị oxy hóa thêm hoặc trùng hợp thành các dạng không phát quang.
Ánh sáng có ý nghĩa sinh học không?
Đối với con người, ánh sáng chủ yếu là một sự tò mò vì mắt chúng ta hầu như không nhìn thấy tia UV và chúng ta không săn trái cây bằng đèn đen. Nhưng đối với nhiều loài động vật — đặc biệt là côn trùng và một số loài chim — độ nhạy cảm với tia UV là bình thường, và “ánh sáng” đó có thể là một tín hiệu thực sự.
Hai giả thuyết chính đã được đề xuất trong nghiên cứu về chuối:
- Tín hiệu độ chín cho động vật nhìn thấy tia UV: Nhiều loài động vật ăn quả, đặc biệt là một số loài động vật có vú và chim ở vùng nhiệt đới, có thể phát hiện ánh sáng UV hoặc bước sóng gần UV tốt hơn con người. Sự phát quang màu xanh lam có thể đóng vai trò như một tín hiệu trực quan cho thấy trái cây đã chín và sẵn sàng để ăn, giúp phân tán hạt giống.
- Bảo vệ hoặc ổn định mô: Sự ổn định bất thường của một số chất chuyển hóa diệp lục phát quang và phenol liên kết với thành tế bào có thể giúp kéo dài khả năng sống của trái cây bằng cách hoạt động như chất chống oxy hóa hoặc màng chắn UV, làm chậm tổn thương khi trái cây chín.
Trong bài báo về chuối xanh năm 2008, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng sự phát quang màu xanh lam có thể là “một tín hiệu rõ ràng rằng trái cây đã chín” đối với động vật nhìn thấy tia UV, hoặc các chất phát quang có thể có vai trò sinh lý bảo vệ trong trái cây. Các nghiên cứu về thành tế bào sau này củng cố ý tưởng rằng các phenol phát quang này được liên kết về mặt cấu trúc và có thể liên quan đến việc phòng vệ cơ học hoặc hóa học trong khi cũng vô tình phát sáng.
Vì vậy, trong khi ánh sáng có thể không tiến hóa “vì” đèn đen trong nhà bếp của con người, nó có thể không hoàn toàn vô nghĩa trong tự nhiên.
Ứng dụng hàng ngày: Tại sao các nhà khoa học quan tâm đến trái cây phát sáng
Ngoài việc thú vị để chụp ảnh, sự phát quang UV trong trái cây có những ứng dụng nghiên cứu và thực tế thực sự:
- Chỉ báo độ chín: Vì sự phát quang thường tương quan với các giai đoạn chín hoặc phân hủy sắc tố, các nhà khoa học có thể sử dụng hình ảnh UV như một cách không phá hủy để đánh giá những thay đổi bên trong về chất lượng trái cây.
- Nghiên cứu sinh lý thực vật: Sự phát quang từ các chất chuyển hóa diệp lục và phenol giúp các nhà nghiên cứu lập bản đồ nơi các phản ứng cụ thể đang xảy ra — bên trong không bào, trong thành tế bào hoặc trong các lớp mô cụ thể.
- An toàn và tính xác thực của thực phẩm: Một số dấu hiệu phát quang có thể giúp xác định các giống trái cây, phát hiện ô nhiễm hoặc xác minh màu sắc hoặc lớp phủ là tự nhiên hay nhân tạo.
Vật lý cơ bản tương tự đứng sau các loại thực phẩm phát sáng khác — nước tô-níc phát sáng màu xanh lam từ quinine, một số loại dầu ăn phát sáng dưới tia UV, và tô-níc, mật ong hoặc một số loại phô mai có thể phát quang do riboflavin và các phân tử khác. Trái cây chỉ đơn giản là một ví dụ rất ăn ảnh.
Bạn có thể tự làm thí nghiệm “trái cây phát sáng” không?
Nếu bạn có một chiếc đèn pin “ánh sáng đen” UVA an toàn (thường là 365–395 nm) và một căn phòng tối, bạn có thể tự mình khám phá sự phát quang của trái cây:
- Thử chuối ở các giai đoạn khác nhau — xanh, vàng với ít đốm, rất nhiều đốm. Bạn sẽ thấy hầu như không có ánh sáng ở chuối xanh, quầng sáng xanh lam mạnh xung quanh các đốm ở chuối chín vừa và ánh sáng yếu hơn hoặc loang lổ ở trái cây rất già.
- Kiểm tra vỏ cam quýt (cam, chanh, chanh vàng): vỏ ngoài có thể hiển thị sự phát quang màu vàng lục nhờ flavonoid.
- Kiểm tra nho, anh đào hoặc quả mọng. Bạn có thể thấy ánh sáng mờ hoặc điểm nhấn trên vỏ hoặc thịt quả, đặc biệt là xung quanh các khu vực bị hư hỏng, nơi các phenol tích tụ.
- So sánh thịt chuối trắng với vỏ: dưới tia UV mạnh, thịt quả thực sự có thể phát quang mạnh hơn vỏ do các phenol liên kết với thành tế bào dày đặc.
Luôn tránh nhìn trực tiếp vào nguồn UV và sử dụng đèn đen cấp tiêu dùng dành cho sử dụng sở thích, không phải UV công nghiệp công suất cao.
Điểm chính: Tại sao một số loại trái cây phát sáng dưới tia UV
Tóm lại tất cả:
- “Ánh sáng” của trái cây dưới ánh sáng đen là phát quang, không phải ánh sáng tự tạo. Các phân tử bên trong trái cây hấp thụ tia UV và phát lại ánh sáng khả kiến.
- Ở chuối, sự phát quang màu xanh lam mạnh mẽ xuất phát từ hỗn hợp các sản phẩm phân hủy diệp lục tồn tại lâu và, quan trọng nhất, các este phenolic không hòa tan liên kết trong thành tế bào — đặc biệt là xung quanh các đốm tuổi và trong thịt quả chín.
- Các loại trái cây khác có thể phát quang do phenol, flavonoid và một số chất trung gian phân hủy sắc tố, mặc dù hiệu ứng thường yếu hơn và thường bị che khuất bởi màu sắc sắc tố có thể nhìn thấy.
- Sự phát quang có xu hướng tăng lên khi trái cây chín và diệp lục bị phá vỡ, sau đó thay đổi một lần nữa khi quá trình chín quá và oxy hóa tiến triển.
- Về mặt sinh học, ánh sáng có thể báo hiệu độ chín cho động vật nhạy cảm với tia UV và/hoặc giúp bảo vệ các mô trái cây đang chín thông qua các chức năng chống oxy hóa và chắn tia UV.
Vì vậy, lần tới khi bạn nhìn thấy một quả chuối phát sáng màu xanh lam ma quái dưới đèn pin UV, bạn thực sự đang nhìn thấy hóa học thực vật, phenol thành tế bào và sự phân hủy diệp lục trở nên hữu hình — một ngôn ngữ ánh sáng ẩn giấu mà trái cây có thể đang sử dụng để giao tiếp với các loài động vật xung quanh chúng.
Sourxes
