Côn trùng

Côn trùng hay còn gọi là sâu bọ, thuộc ngành động vật chân khớp (Arthropoda), được bảo vệ bởi exoskeleton (bộ xương ngoài) cấu tạo chủ yếu từ chitin và protein, có 6 chân.

Cấu tạo hình thái

Cơ thể côn trùng trưởng thành chia làm 3 phần (tagmata) rõ rệt:

Đầu (head) - trung tâm cảm giác và tiếp nhận thức ăn: bao gồm râu (cơ quan khứu giác/xúc giác), mắt kép (cảm nhận chuyển động và màu sắc), và phức hệ miệng. Cấu tạo miệng rất đa dạng, ví dụ: kiểu gặm nhai (châu chấu, bọ cánh cứng) hoặc kiểu chích hút (rệp, rầy, muỗi).

• Râu gắn trực gắn trực tiếp vào hộp sọ của côn trùng thông qua một hốc râu. Râu giúp côn trùng nhận biết các rung động trong không khí, cảm nhận âm thanh, đo tốc độ bay, giữ thăng bằng và thu nhận tín hiệu hóa học. Râu có nhiều hình dạng khác nhau như: sợi chỉ (châu chấu, dế, gián); chuỗi hạt (mối); chùy (bướm); lông chim (ngài); đầu gối (kiến, ong); răng lược (bổ củi); gai cứng (chuồn chuồn, ve sầu).
• Cơ quan thị giác của côn trùng được chia thành hai hệ thống chính: mắt kép và mắt đơn. Mắt kép được cấu tạo từ hàng nghìn đơn vị thị giác độc lập. Dù độ sắc nét không cao, cấu trúc này mang lại hai lợi thế sinh tồn tuyệt đối: góc nhìn cực rộng và khả năng phát hiện chuyển động vi mô ưu việt. Mắt đơn không cấu trúc phức tạp như mắt kép, giúp côn trùng nhận biết chu kỳ ngày đêm (photoperiodism).
• Côn trùng có miệng phía dưới hoặc phía trước đầu thuộc côn trùng gặm nhai (bọ cánh cứng, sâu non). Côn trùng miệng sau đầu thuộc kiểu chích hút (rệp sáp), cào hút (bọ trĩ), vòi hút (bướm), liếm hút (ruồi).

Ngực (thorax) - trung tâm vận động: gồm 3 đốt (ngực trước, ngực giữa, ngực sau), mỗi đốt mang một đôi chân khớp. Hầu hết côn trùng trưởng thành có 2 đôi cánh gắn ở ngực giữa và ngực sau.

• Để thích nghi với các hệ sinh thái khác nhau, cấu tạo chân của nhiều loài đã biến đổi thành các dạng chuyên biệt: chân chạy (gián), chân nhảy (châu chấu), chân bắt mồi (bọ ngựa), chân đào bới (dế nhũi), chân bơi (niễng niễng), chân gom phấn (ong mật).
• Cánh côn trùng là một nếp gấp màng kép kéo dài từ lớp biểu bì ngoài (exoskeleton) của ngực. Tương tự như chân, cánh cũng có những biến đổi hình thái đặc thù tùy theo bộ côn trùng: cánh màng (chuồn chuồn), cánh cứng (bọ hung), cánh nửa cứng (bọ xít), cánh da (gián), cánh vảy (bướm), cánh chùy (ruồi).

Bụng (abdomen) - trung tâm tiêu hóa và sinh sản: chứa ruột, cơ quan sinh dục, và các lỗ thở. Côn trùng có các hệ chức năng: Hệ cơ, Hệ tiêu hóa, Hệ thần kinh, Hệ hô hấp, Hệ tuần hoàn, Hệ bài tiết, Hệ sinh dục.

• Hệ cơ của côn trùng bám vào mặt trong của lớp vỏ chitin cứng chắc. Bản chất mô cơ hoàn toàn là cơ vân (striated muscle) cho phép cơ bắp co rút cực nhanh và mạnh. Hệ cơ bay nằm ở các đốt ngực là bộ phận phát triển và phức tạp nhất, tiêu thụ năng lượng khổng lồ.
• Hệ tiêu hóa của côn trùng là một hệ thống ống liên tục chạy dọc từ lỗ miệng ở phần đầu đến hậu môn ở phần bám tận của bụng. Ruột trước (foregut) gồm miệng (lấy thức ăn), hầu (nuốt thức ăn), thực quản (dẫn thức ăn), diều (trữ thức ăn tạm thời), dạ dày cơ (nghiền thức ăn). Ruột giữa (midgut) là trung tâm tiết enzyme tiêu hóa, phân giải hóa học và hấp thụ phần lớn các chất dinh dưỡng vào máu (hemolymph). Ruột sau (hindgut) bài tiết chất thải, hình thành phân, và cực kỳ quan trọng trong việc tái hấp thu nước và muối khoáng để chống mất nước cho cơ thể côn trùng.

• Hệ thần kinh côn trùng được chia thành 3 phần chính: Hệ thần kinh trung ương, Hệ thần kinh nội tạng và Hệ thần kinh ngoại biên. Hệ thần kinh trung ương bao gồm não bộ và chuỗi hạch thần kinh chạy dọc theo mặt bụng của cơ thể. Hệ thần kinh nội tạng hoạt động tự chủ để kiểm soát các cơ quan nội tạng. Hệ thần kinh ngoại biên gồm tất cả các sợi thần kinh vận động và sợi thần kinh cảm giác, giúp côn trùng cảm nhận chính xác nhiệt độ, độ ẩm, hóa chất và áp lực cơ học từ môi trường sống. Hệ thần kinh côn trùng sử dụng các chất dẫn truyền như Acetylcholine, GABA và Octopamine.

• Hệ thống hô hấp của côn trùng là một mạng lưới các ống rỗng phân nhánh chằng chịt, bao gồm các thành phần từ ngoài vào trong. Lỗ thở (spiracles) là các khe hở nằm dọc hai bên sườn của ngực và bụng (thường tối đa có 10 đôi: 2 đôi ở ngực, 8 đôi ở bụng). Khí quản (tracheae) là các ống lớn nối trực tiếp từ lỗ thở đi vào trong cơ thể. Vi khí quản (Tracheoles) len lỏi vào tận màng của từng tế bào. Đầu mút của vi khí quản chứa một lượng dịch lỏng để oxy hòa tan vào đó và khuếch tán thẳng vào tế bào.

• Hệ tuần hoàn mở với toàn bộ không gian bên trong cơ thể côn trùng tạo thành một khoang rỗng lớn gọi là xoang máu (hemocoel). Các cơ quan nội tạng đều nằm lơ lửng trong xoang này và được tắm trực tiếp trong máu. Mạch lưng với các lỗ tim là mạch máu duy nhất của côn trùng. Dịch huyết (hemolymph) chứa nước, muối khoáng, đường (đặc biệt là trehalose), hormone, và các chất thải chuyển hóa.
• Hệ bài tiết hoạt động chủ yếu dựa vào ống Malpighi và trực tràng.
• Hệ sinh dục cái được thiết kế để sản xuất số lượng trứng lớn, dự trữ tinh trùng và định vị nơi đẻ trứng an toàn. Hệ sinh dục đực sản xuất tinh trùng và chuyển giao chúng cho con cái qua cơ quan giao cấu.

Đặc điểm sinh trưởng

Vì bộ xương ngoài không thể co giãn, côn trùng phải trải qua quá trình lột xác (ecdysis) để lớn lên. Quá trình thay đổi hình thái từ giai đoạn non đến khi trưởng thành gọi là biến thái (metamorphosis). Có hai kiểu chu trình phát triển chính:

• Biến thái hoàn toàn (holometabolous): Chiếm khoảng 85% số loài côn trùng (bướm, ruồi, ong, bọ cánh cứng). Vòng đời trải qua 4 giai đoạn hoàn toàn khác biệt: Trứng (egg) → Ấu trùng (larva) → Nhộng (pupa) → Thành trùng (adult). Sự phân tách này giúp ấu trùng và con trưởng thành không cạnh tranh thức ăn với nhau.
• Biến thái không hoàn toàn (hemimetabolous): Trải qua 3 giai đoạn: Trứng (egg) → Thiếu trùng (nymph) → Thành trùng (adult). Ví dụ: bọ xít, cào cào, rầy chổng cánh, bọ trĩ. Thiếu trùng có hình dáng gần giống thành trùng nhưng kích thước nhỏ hơn và chưa có cánh hoàn chỉnh. Chúng thường chia sẻ cùng một môi trường sống và nguồn thức ăn với con trưởng thành.

Quá trình lột xác để lớn lên hoàn toàn được quyết định bởi sự giằng co nồng độ giữa hai loại hormone: Ecdysone và Juvenile hormone. Bất cứ khi nào nồng độ Ecdysone trong máu tăng vọt, côn trùng bắt buộc phải lột xác. Juvenile hormone là hormone ra lệnh cho cơ thể giữ nguyên đặc điểm của ấu trùng.

Tuổi (instar) chính là giai đoạn phát triển hình thái giữa các lần lột xác. Tuổi 1 (1st instar) tính từ lúc trứng vừa nở ra ấu trùng (hoặc thiếu trùng) cho đến khi chúng lột xác lần đầu tiên. Tuổi 2 (2nd instar) tính từ sau lần lột xác thứ nhất đến lần lột xác thứ hai. Quá trình này lặp lại cho đến Tuổi cuối (hóa nhộng hoặc vũ hóa thành con trưởng thành). Số lượng Tuổi thay đổi tùy loài, thường từ 3 đến 6 tuổi.

Tuổi 1-2 là thời điểm ấu trùng mới nở, lớp vỏ cutin còn rất mỏng, hệ thống enzyme giải độc trong cơ thể chưa hoàn thiện, và sức ăn còn yếu. Phun thuốc (đặc biệt là thuốc sinh học hoặc thuốc điều hòa sinh trưởng IGRs) vào thời điểm này sẽ cho hiệu quả diệt trừ lên tới 90-95% với liều lượng thấp nhất. Khi ấu trùng đạt tuổi lớn, lớp vỏ chitin đã dày dạn, lớp sáp bảo vệ bên ngoài phát triển mạnh khiến thuốc khó thấm. Đồng thời, thể tích cơ thể lớn giúp chúng dễ dàng pha loãng và phân giải hoạt chất thuốc. Sức ăn ở tuổi cuối (trước khi hóa nhộng) thường chiếm tới 80% tổng lượng thức ăn của cả vòng đời. Việc phun thuốc lúc này vừa tốn kém, gây kháng thuốc, vừa không cứu vãn được năng suất đã mất.

Côn trùng là động vật biến nhiệt, do đó tốc độ lớn lên (chuyển tuổi) của chúng không tính bằng thời gian tuyệt đối, mà phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt độ môi trường. Cùng một loài sâu, vào mùa hè (nhiệt độ cao), số ngày sinh trưởng sẽ rút ngắn lại (vòng đời ngắn, sinh sản nhanh). Vào mùa đông, số ngày sinh trưởng kéo dài ra.

Tập tính sinh sống

Côn trùng được chia thành nhiều nhóm:

• Phytophagous: ăn thực vật - nguyên nhân chính gây hại mùa màng.
• Carnivorous: ăn thịt/bắt mồi - nhiều loài là thiên địch tự nhiên.
• Saprophagous: ăn mùn bã hữu cơ - đóng vai trò phân giải trong đất.

Một số nhóm như ong mật, kiến, mối sống thành quần thể lớn với hệ thống phân đẳng cấp (caste system) cực kỳ nghiêm ngặt. Có sự phân công lao động rõ ràng giữa cá thể sinh sản và cá thể không sinh sản.

Khi điều kiện môi trường bất lợi (nhiệt độ lạnh, thiếu thức ăn), côn trùng có thể rơi vào trạng thái đình dục (diapause) - một dạng ngủ đông sinh lý, tạm dừng mọi quá trình phát triển để sinh tồn cho đến khi điều kiện thuận lợi trở lại.

Tập tính sinh sản

Đa số côn trùng sinh sản hữu tính, con cái đẻ trứng (oviparous) sau khi giao phối với con đực. Trứng thường được đẻ trực tiếp lên nguồn thức ăn (ví dụ: mặt dưới của lá cây) để ấu trùng nở ra có sẵn thức ăn.

Một cơ chế sinh sản đặc biệt, trong đó con cái có thể sinh ra thế hệ con non mà không cần thụ tinh từ con đực. Cơ chế này rất phổ biến ở các loài rệp. Trinh sản giúp quần thể rệp bùng phát số lượng theo cấp số nhân trong một thời gian cực ngắn vào mùa sinh trưởng thuận lợi, gây áp lực dịch hại lớn cho vườn trồng.

Phân loại các bộ côn trùng

Bộ Cánh cứng (Coleoptera)

Đại diện: Bọ hung, Bọ rùa, Bổ củi, Chân chạy, Vằn hổ, Ánh kim, Xén tóc, Mọt...

Là bộ động vật đa dạng nhất trên Trái Đất (chiếm khoảng 40% số loài côn trùng). Cánh trước biến đổi thành lớp vỏ sừng cứng bảo vệ cơ thể, cặp cánh sau bằng chất màng, dài hơn cặp cánh trước, xếp dưới cặp cánh trước khi nghỉ.

Biến thái hoàn toàn với nhộng trần. Miệng ấu trùng và trưởng thành kiểu gặm nhai.

Bộ Cánh màng (Hymenoptera)

Đại diện: Ong và Kiến.

Hai cặp cánh màng móc vào nhau khi bay. Con cái có máng đẻ trứng phát triển thành kim đốt có nọc độc hoặc kim đâm sâu để ký sinh. Đây là bộ có trí tuệ tiến hóa cao nhất với tập tính xã hội phức tạp. Chúng là nhóm côn trùng có ích bậc nhất nhờ vai trò thụ phấn và kiểm soát sinh học tự nhiên.

Biến thái hoàn toàn với nhộng trần. Miệng ấu trùng và thành kiểu trùng gặm nhai.

Bộ Cánh vảy (Lepidoptera)

Đại diện: Bướm (butterflies) và Ngài (moths).

Toàn thân và 2 cặp cánh được bao phủ bởi các vảy phấn siêu nhỏ.

Biến thái hoàn thành với nhộng màng. Thành trùng có miệng kiểu vòi hút (hút mật, thụ phấn cho hoa). Tuy nhiên, giai đoạn ấu trùng (sâu non) lại có miệng gặm nhai, là thủ phạm chính của các nhóm sâu gây thiệt hại nặng nề cho nông nghiệp.

Bộ Hai cánh (Diptera)

Đại diện: Ruồi và Muỗi.

Cặp cánh trước là cánh màng để bay, cặp cánh sau thoái hóa thành cánh chùy giúp giữ thăng bằng cực tốt.

Biến thái hoàn thành với nhộng màng. Miệng liếm hút (ruồi) hoặc chích hút (muỗi). Đa số ấu trùng và thành trùng không gây hại thực vật.

Bộ Cánh thẳng (Orthoptera)

Đại diện: Cào cào, châu chấu, dế, bọ ngựa, bọ que, gián...

Cặp cánh trước dai như da (cánh thẳng), cặp cánh sau rộng, bằng chất màng. Cặp chân sau phát triển thành chân nhảy. Cơ thể thường dài, lông đuôi phát triển.

Biến thái không hoàn toàn. Miệng kiểu gặm nhai khỏe. Đa số là nhóm ăn thực vật, gây hại nghiêm trọng cho thảm thực vật và mùa màng.

Bộ cánh đều (Homoptera)

Đại diện: Rầy, Rệp, Ve sầu.

Cặp cánh trước bằng chất màng hoặc chất da. Cặp cánh sau bằng chất màng. Ở trạng thái nghỉ, cánh xếp thành hình mái nhà trên lưng.

Biến thái không hoàn toàn. Miệng ấu trùng và trưởng thành kiểu chích hút. Đây là nhóm thường là môi giới truyền bệnh gây hại nghiêm trọng cho nông nghiệp.

Bộ cánh tơ (Thysanoptera)

Đại diện: Bọ trĩ.

Cánh hẹp, dài, viền cánh có nhiều lông tơ mảnh giống như hàng mi.

Biến thái không hoàn toàn. Miệng kiểu cào hút bất đối xứng, chuyên phá hoại đọt non, hoa và quả non.

Bộ cánh nửa cứng (Hemiptera)

Đại diện: Bọ xít, Cà cuống.

Nửa cặp cánh trước bằng chất sừng hoặc da, nửa sau bằng chất màng. Cặp cánh sau bằng chất màng. Rất nhiều loài có tuyến hôi, đẻ trứng trên hoặc những khe nứt trong cây.

Biến thái không hoàn toàn. Miệng ấu trùng và trưởng thành kiểu chích hút.