13/5/2018
CẬP NHỰT
NGUỒN GỐC CÂY LÚA TRỒNG CHÂU Á
Trần Văn Đạt, Ph. D.
Hiện nay, thế giới có 2 loài lúa trồng với hai nguồn gốc lịch sử khác nhau, bên cạnh còn có hơn 20 loài lúa dại khác sống ở các lục địa. Đó là loài lúa trồng châu Á (Oryza sativa, L.) và loài lúa trồng châu Phi (Oryza glaberrima). Nguồn gốc của lúa châu Phi không là đề tài tranh cải trong giới khoa học và khảo cổ học liên hệ, được biết xuất phát từ loài lúa tổ tiên (Oriza longistaminata) có nguồn gốc ở lưu vực sông Niger đến xứ Senegal của lục địa Phi cách nay khoảng 3.500 năm. Trong khi nguồn gốc lúa trồng châu Á đã trải qua một thời gian tranh luận dài cho đến đầu thế kỷ 21.
Hạt lúa châu Phi
Vùng nguồn gốc lúa châu Phi
Một cách tổng quát, nguồn gốc cây lúa trồng châu Á có ít nhứt năm giả thuyết thường được các nhà nghiên cứu đề cập tới, như sau (1):
1. Giả thuyết Trung Quốc: Từ cuối thế kỷ 19 đến đầu 21, nhiều nhà nghiên cứu Tây phương và Trung Quốc cho rằng cây lúa trồng có thể bắt nguồn từ Trung Quốc cách nay khoảng 10.000-8.000 năm và phổ biến lan rộng xuống phía nam như Đông Nam Á và phía đông như Nhựt Bổn, Đại Hàn.
Gần đây, các nhà khảo cổ Trung Quốc tìm thấy phytoliths[1] lúa dại, di tích của hạt lúa cổ cách nay độ 12.400 năm tại các hang Xianrendong và Diaotonghuan, phía nam Giang Tây thuộc miền đông bắc tỉnh Giang Tây (Jiangxi); nhưng theo Bellwood (2005:116) (2), thời gian đó là thời kỳ lạnh giá và khô khan “Tiểu hạn” (Younger Dryas) đang xảy ra cách nay 13.000-11.500 năm, nên lúa dại vắng mặt. Vì vậy, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã xét lại phytoliths lúa tìm được và đưa ra thêm nhận xét cho rằng một phần phytoliths là do lúa thuần dưỡng khoảng 11.000-10.000 năm! (Zhao, 1998, Lu et al., 2.000).
2. Giả thuyết Ấn Độ: Cũng vậy, từ cuối thế kỷ 19 các nhà nghiên cứu Tây Phương và Ấn Độ cho rằng cây lúa trồng bắt đầu từ xứ này rồi lan rộng đến các nơi khác trên thế giới.
Di vật lâu đời của lúa được tìm thấy ở Ấn Độ là vỏ trấu trộn với đất sét (vật dụng kiến trúc) tại Lothal (Quận Ahmedabad, Gujarat) được xác định niên đại 4.300 năm trước. Hai mẫu lúa cổ xưa thuộc nền văn minh Harappan nổi tiếng ở Ấn Độ khoảng 4.200-3.700 năm trước (Nayar, 1973). Di vật cổ nhứt là hạt lúa và trấu được tìm thấy trên đồ gốm và phân bò ở Koldihwa, Uttar Pradhesh có niên đại phóng xạ 8.570 và 6.530 năm trước (Vishnu-Mittre 1976; Sharma et al. 1980).
3. Giả thuyết Đông Nam Á: Trong thế kỷ 20, nhiều nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết nguồn gốc cây lúa trồng ở vùng Đông Nam Á, bởi vì vùng này có đa dạng di truyền và rất nhiều loài lúa dại, bên cạnh giả thuyết về Trung Quốc và Ấn Độ. Giáo Sư nhân chủng học và học trò Chester Gorman thuộc Đại Học Hawaii khai quật tại miền bắc Thái Lan, đặc biệt ở Non Nok Tha, khám phá dấu tích hạt và trấu trên gốm có niên đại ít nhứt 6.000 năm; tuy nhiên cần phải khảo cứu thêm để đánh giá xác nhận (Solheim II, 1967 và 1971).
Ông Higham (1989) báo cáo vỏ trấu và liềm gặt lúa bằng vỏ sò được tìm thấy ở Khok Phanom Di gần vùng vịnh Thái Lan có niên đại phóng xạ 8.000-6.000 năm trước. Ông Watanabe (1997), sau khi nghiên cứu trên các vỏ trấu trong các lâu đài xưa cổ đổ nát để tìm lộ trình của lúa ở Á Châu, cho rằng trung tâm nguồn gốc trồng lúa ở vùng Assam-Vân Nam.
4. Giả thuyết đa trung tâm: Ông T.T. Chang (1985), chuyên gia di truyền lúa của IRRI, xem xét lại tất cả tin liệu và các dữ kiện từ khoa học, khảo cổ, sinh học tiến hóa, hệ thống sinh học và lịch sử nông nghiệp để đưa ra kết luận rằng lúa trồng ở châu Á có thể bắt nguồn từ nhiều địa điểm một cách độc lập và đồng bộ, vì những nơi này hiện có nhiều loài lúa dại và lúa trồng cùng sống chung một môi trường. Những địa điểm này khởi đầu từ đồng bằng sông Ganges đến miền bắc Myanmar, miền đông bắc Thái Lan, bắc Lào, bắc Việt Nam, miền nam và tây nam Trung Quốc, và những vùng lân cận khác. Xin nhắc lại rằng ông Morinaga (1955) cũng nêu giả thuyết đa nguồn của cây lúa trồng vì có nhiều biến đổi di truyền của cây lúa tại châu Á.
5. Giả thuyết mô hình một nguồn gốc (13, 14):
Đây là một kết quả nghiên cứu di truyền mới vào đầu thế kỷ 21, nhờ phối hợp sử dụng tiến bộ khoa học từ công nghệ di truyền, tin học và mô hình đã giúp các nhà khảo cổ giải quyết một số vấn đề khó khăn gặp phải khi đi tìm nguồn gốc và lộ trình con người rời khỏi châu Phi cách nay hàng trăm ngàn năm. Từ sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp này để tìm nguồn gốc cây lúa trồng, một số khám phá mới được báo cáo gần đây về thời kỳ xuất hiện của loài lúa Japonica (hạt gạo tròn và dẻo – nếp) và lúa Indica (hạt gạo dài, không dẻo – tẻ), cũng như nguồn gốc cây lúa thuần đã gây nhiều ngạc nhiên trong giới chuyên ngành; dĩ nhiên, còn cần nghiên cứu rộng rãi hơn để có thêm dữ kiện chính xác.
Năm 2011, dựa vào mô hình nghiên cứu dữ liệu di truyền trong tiến hóa loài người, các nhà nghiên cứu của bốn trường đại học Mỹ: Đại học New York (Genomics & Biology), Đại học Washington ở Saint Louis (Biology), Đại học Stanford (Genetics) và Đại học Purdue (Agronomy) đã đánh giá lại lịch sử tiến hóa và phát sinh loài lúa thuần bằng cách sử dụng các dữ liệu đã công bố trước đây. Kết quả thu hoạch được đăng trong Kỷ yếu của Học viện Khoa học Quốc gia (Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS) như sau:
-Nguồn gốc cây lúa thuần: Các chuyên gia Học viện Khoa học Quốc gia này đã sắp xếp lại trình tự của 630 đoạn gen trên các nhiễm sắc thể chọn lựa từ các giống lúa thuần và lúa dại. Họ sử dụng kỹ thuật toán vi tính hóa hiện đại, như đã dùng trước đây xem xét dữ liệu di truyền của tiến hóa con người, kết quả cho thấy chuỗi thứ tự gen phù hợp hơn với thuyết mô hình một nguồn gốc của các loài lúa thế giới. Họ suy diễn các loài lúa trồng hiện nay có cùng chung một nguồn gốc xuất phát từ miền nam sông Dương Tử hay Trường Sa, Trung Quốc, mặc dù số mẫu lúa được dùng làm thí nghiệm chưa đủ đại diện cho tất cả các loại lúa trồng châu Á.
Ngoài ra, những nhà nghiên cứu trên cũng sử dụng "đồng hồ phân tử" của gen lúa để xem khi nào cây lúa trải qua thời kỳ tiến hóa thuần dưỡng. Họ tìm thấy nguồn gốc của cây lúa trồng cách nay khoảng 8.200 năm, trong khi hai nhóm lúa indica và japonica tách rời nhau cách nay khoảng 3.900 năm. Họ nêu ra những niên đại phân tử trên đây cũng phù hợp với một số nghiên cứu khảo cổ học tại Trung Quốc, nơi các nhà khảo cổ đã phát hiện trong thế kỷ 20 vừa qua các loài lúa thuần dưỡng xuất hiện tại lưu vực sông Dương Tử cách nay độ 8.000 đến 9.000 năm; trong khi thuần dưỡng lúa ở sông Hằng, Ấn Độ chỉ cách nay khoảng 4.000 năm (13, 14).
Tuy nhiên, một số chuyên gia lúa gạo quốc tế khác chưa tin tưởng hoàn toàn về các kết luận của nhóm chuyên gia Mỹ nói trên do số lượng dòng lúa mẫu dùng làm thí nghiện còn giới hạn. Ngay cả các nhà nghiên cứu Trung Quốc, nguồn gốc cây lúa có thể xuất phát từ vùng sông Châu (Pearl river), Quảng Đông ở tận cuối miền nam Trung Quốc, thay vì miền nam sông Dương Tử thuộc trung nguyên xứ này. Ông Bin Han, nhà di truyền của Viện Sinh học Thượng Hải, thuộc Học viện Khoa học Trung Hoa (Shanghai Institute for Biological Sciences of the Chinese Academy of Sciences) và nhóm cộng sự đã nghiên cứu trên 1.000 giống lúa thuần và 446 lúa dại của nhiều nước châu Á, tìm thấy nhiều giống lúa Japonica và Inđica có di truyền rất gần với các giống lúa dại ở châu thổ sông Châu thuộc Quảng Đông và Quảng Tây (vùng đất Việt cổ); nhưng vấn đề này vẫn còn tranh cải vì vùng sông Châu không có di vật khảo cổ liên quan đến lúa gạo được phát hiện. Ông Han lý luận rằng lưu vực sông Dương Tử là vùng đất màu mỡ nên có kho lúa tồn trữ được tìm thấy nơi đó, còn vùng Châu giang kém phì nhiêu nên không có lúa dư thừa để tồn trữ như lưu vực Dương Tử trong thời tiền sử, nhưng có khí hậu cận nhiệt đới thích hợp cho trồng lúa hơn (14).
Theo quan điểm của Tiến sĩ Dorian Fuller, nhà khảo cổ-thực vật học tại Đại học Warwick, Anh quốc sau khi đến nghiên cứu thung lũng sông Dương Tử cho rằng những cư dân đầu tiên chỉ sống về nghề săn bắt, thức ăn chủ yếu là hạt sồi (acorn), hạt dẻ và cá. Nhóm nghiên cứu của Ông tìm thấy dấu hiệu hạt gạo xuất hiện bắt đầu từ 7.000 năm trước, nhưng những hạt gạo còn thay đổi hình dạng, chứng tỏ hạt gạo chưa được thuần hóa và hàng ngàn năm sau đó hạt sồi đã biến mất tại các địa điểm khảo cổ của Trung Quốc (14).
Với tiến bộ công nghệ mau lẹ, Ông Fuller tin tưởng các nhà nghiên cứu đang trở lại dùng các công nghệ DNA cổ xưa đã một thời tạo ra cách mạng hóa hiểu biết về tiến hóa của con người. Nếu họ có thể phục hồi DNA từ những hạt gạo cổ còn lại, các nhà nghiên cứu có thể xác định khi nào và ở đâu các gen thuần hóa quan trọng xuất hiện. Hầu hết hạt gạo tìm thấy từ các di chỉ khảo cổ đều bị cháy nám, và những nỗ lực tìm kiếm DNA từ ngũ cốc cổ xưa trong quá khứ đã thất bại; nhưng các máy trình tự hiện đại có thể giải mã các sợi DNA rất ngắn - có thể từ những mảnh gạo cổ còn lại có hàng ngàn năm tuổi. Điều đó có nghĩa là họ có thể tìm thấy DNA và thậm chí toàn bộ hệ gen từ hạt gạo cổ (14). Điều đó có thể đưa tới một cuộc cách mạng mới trong ngành khảo cổ học.
-Nguồn gốc lúa Japonica và Indica: Cũng theo nghiên cứu của nhóm chuyên gia Mỹ nêu trên, nhóm lúa Japonica thuần sinh ra trước nhóm lúa Indica. Sau đó, lúa Japonica lan rộng xuống miền nam như Đông Nam Á và Ấn Độ, nơi đó cây lúa này có lẽ lai giống với một loài lúa khác chưa biết nguồn gốc để tạo ra lúa Indica muộn hơn. Về điều kiện thổ ngơi, lúa Japonica thích ứng với vùng ôn đới, được trồng vào mùa hè ở Bắc Mỹ, châu Âu, Nhựt Bổn, Triều Tiên và miền bắc Trung Quốc. Cho nên, áp lực của mùa đông rét lạnh và sau thời kỳ tiểu hạn lạnh khô ngắn cách nay 13.000-11.500 năm, có thể là nguyên nhân ra đời sớm hơn của loài lúa Japonica tại các nước ôn đới này. Với mùa đông lạnh lẽo và sau thời kỳ băng giá vừa giảm bớt đã sớm thôi thúc con người vùng ôn đới tìm nguồn thức ăn để sinh tồn qua các nỗ lực thuần dưỡng loài thảo mộc và thú hoang dại, so với những dân tộc vùng nhiệt đới. Sau đó, lúa Indica có thể xuất hiện qua quá trình tiến hóa của lúa Japonica tại vùng nhiệt đới, nóng ẩm rất thuận lợi cho sự bành trướng rộng rãi và mau lẹ khắp năm châu. Đến nay, sản lượng lúa Indica chiếm đến 80% tổng sản lượng lúa thế giới, còn Japonica chỉ 20%.
Lúa Indica
Lúa Japonica
Một khám phá mới đáng chú ý vừa xảy ra gần đây trong nông nghiệp lúa gạo từ dự án “3.000 bộ gen lúa” (The 3,000 rice genomes project) của Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế IRRI tại Philippines với sự hợp tác của Viện Khoa học cây trồng thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (CAAS), BGI-Thâm Quyến và 13 quốc gia, được bảo trợ bỡi quỹ Bill & Melinda Gates Foundation. Trong dự án này, các nhà nghiên cứu đã giải trình tự 3.024 dòng lúa đại diện từ 89 quốc gia trên thế giới, bao gồm 2.466 dòng từ IRRI, và 558 dòng từ Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc. Ngày 24-5-2018, họ đã báo cáo kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature số 557: Trong hai nhóm lúa chính Indica và Japonica, công tác phân tích dữ kiện cho thấy sự hiện diện của nhiều quần thể lúa mà trước đây chưa hề được báo cáo có nguồn gốc địa lý đặc biệt và có tính duy nhất. Bằng chứng khác cho thấy lúa châu Á đã được thuần hóa nhiều lần một cách độc lập hàng ngàn năm (15, 16). Kết quả cuộc nghiên cứu này phù hợp với giã thuyết nguồn gốc đa trung tâm của Dr. T.T. Chang (1985), nhưng có vẽ không cùng hướng với kết luận về lúa trồng một nguồn gốc được đăng trong Kỷ yếu của Học viện Khoa học Quốc gia Mỹ - PNAS nói trên.
Tóm lại, việc tìm hiểu nguồn gốc chính xác của cây lúa châu Á ngày càng được sáng tỏ hơn, nhưng chưa đưa đến kết luận cuối cùng.Hiện nay, có một số nhóm nghiên cứu đang còn sử dụng kỹ thuật DNA trước đây cũng như công nghệ sắp xếp trình tự của DNA kết hợp với tin học và thuật toán số hiện đại để xác nhận các kết quả nghiên cứu của Học viện Khoa học Quốc gia PNAS và dự án 3.000 bộ gen lúacủa IRRI, chẳng hạn, nhóm khảo cứu của Dr. Dorian Fuller, Anh quốc, đang tiến hành phục hồi DNA gạo cổ từ Trung Quốc, Ấn Độ và Thái Lan. Đây là cuộc nghiên cứu trên các hạt gạo cổ thay vì trên hạt gạo thuần ngày nay.
Thật vậy, các công trình nghiên cứu tìm hiểu nguồn gốc bản địa của thảo mộc cũng như con người là một việc làm dài hạn để đào sâu quá khứ, nhứt là thời tiền sử, chúng ta hãy chờ xem những tiến bộ ngoạn mục đến với ngành khảo cổ học qua thời đại AI - thông minh nhân tạo trong những tháng năm sắp tới!
Trần Văn Đạt, Ph.D.
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Trần Văn Đạt. 2010. Lịch sử trồng lúa Việt Nam. Nhà in 5 Star Printing, Nam California, Hoa Kỳ, trang 17-32.
- Bellwood, P. 2005. First Farmers: The Origins of Agricultural Societies. Blackwell Publishing, Victoria, Australia, 360 pages.
- Zhao, Z. 1998. The Middle Zangtze region in China is one place where rice was domesticated. Antiquity 72:885-96.
- Lu, H, Lieu, Z, Wu, N. et al. 2002. Rice domestication and climate change: phytoliths evidence from East China. Boreas 31:378-85.
- Nayar, N. M. 1973. Origin and cytogenetics of rice. Advances in Genetics, vol 17, Academic Press Inc., New York and London.
- Vishnu-Mittre. 1976. Discussion. In Early history of agriculture, Philosophical Transactions of Royal Society of London B275: 141.
- Sharma S. D.1973. Evolution in genus Oryza. In Advancing Frontiers in Cytogenetics. Hindustan Publishing Corp., New Delhi, p 5-10.
- Solheim II, W.G. 1971. New light on a forgotten past. National Geographic, Vol. 139, No. 3.
- Higham, C. F. W. 1989. Rice cultivation and the growth of Southeast Asian civilization. Endeavour 13: 82-8.
- Chang, T.T. 1985. Crop history and genetic conservation: Rice - A case study. Iowa State Journal of Research, Vol 59 (4): 425-455.
- Morinaga, T. 1972. Japanese rice and its introduction from abroad. In Morinaga, T., Kihara, H., Tshukuba, J and Ueno, M. eds. History of Biology in Japan of dawn of its civilization, Yokendo, Tokyo (trong Matsuo, 1997).
- Khush, G. S. 1997. Origin, dispersal, cultivation and variation of rice. Plant Mo. Biol. 35:25-34.
15. Wensheng Wang, Ramil Mauleon, […]Hei Leung. 2018. 
Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice. Nature, 557: 43-49.
(https://www.nature.com/articles/s41586-018-0063-9).
16. IRRI. 2018. Unlocking rice gene diversity for food security (Press release)
[1] Phytoliths là những vật vi tế trong một số thảo mộc, gồm họ Hòa thảo, đậu, sắn, cây gỗ…, được cấu tạo bằng chất silica hoặc dưới dạng calcium oxalate không bị hủy hại với thời gian, nên được dùng trong khảo cổ học để xác định loại thảo mộc và niên đại.
