Côn trùng

Sự đa dạng của các loài côn trùng: khác biệt ở anten

Côn trùng là một lớp sinh vật thuộc động vật không xương sống có bộ xương ngoài bằng kitin, cơ thể có ba phần (đầu, ngực và bụng), ba đôi chân, mắt kép và một đôi râu (anten).

Côn trùng là nhóm động vật đa dạng nhất hành tinh, gồm hơn một triệu loài đã được mô tả và gồm hơn một nửa số sinh vật sống. Số loài đang sống hiện nay được cho là từ sáu đến mười triệu loài, và đại diện cho 90% dạng sống của các loài động vật khác nhau trên trái đất. Côn trùng có thể sống được ở hầu hết các môi trường sống, mặc dù chỉ có số ít các loài sống ở biển và đại dương, nơi mà động vật giáp xác chiếm ưu thế hơn.

Hình thái và giải phẫu

Cấu trúc giải phẫu côn trùng: (A) phần đầu (B) phần ngực (C) phần bụng; (1) râu, (2) mắt đơn dưới, (3) mắt đơn trên, (4) mắt kép, (5) não bộ, (6) ngực trước, (7) động mạch lưng, (8) các ống khí, (9) ngực giữa, (10) ngực sau, (11) cánh trước, (12) cánh sau, (13) ruột giữa (dạ dày), (14) tim, (15) buồng trứng, (16) ruột sau, (17) hậu môn, (18) âm đạo, (19) chuỗi hạch thần kinh bụng, (20) ống Malpighi, (21) gối, (22) vuốt, (23) cổ chân, (24) ống chân, (25) xương đùi, (26) đốt chuyển, (27) ruột trước, (28) hạch thần kinh ngực, (29) khớp háng, (30) tuyến nước bọt, (31) hạch thần kinh dưới hầu, (32) các phần phụ miệng

Kích thước côn trùng dao động khoảng từ trên dưới 1 mm tới khoảng 180 mm về chiều dài. Côn trùng có cơ thể phân đốt và được bảo vệ bởi một bộ xương ngoài, một lớp cứng được cấu tạo chủ yếu là kitin. Cơ thể được chia thành đầu, ngực và bụng. Trên đầu có một đôianten là cơ quan cảm giác, một đôi mắt kép và 2 mắt đơn (ở giai đoạn sâu non có thể là 6 mắt đơn) và một miệng. Ngực có 6 chân (mỗi đốt một đôi chân) và 2-4 cánh (ở các loài có cánh). Cuối bụng có cơ quan sinh dục ngoài. Côn trùng có một hệ tiêu hoá hoàn chỉnh, gồm một ống liên tục từ miệng tới hậu môn. Cơ quan bài tiết gồm các ống Malpighi, với chức năng thải các chất thải chứa nitơ, ruột sau làm nhiệm vụ điều hoà áp suất thẩm thấu, đoạn cuối ruột sau có khả năng tái hấp thu nước cùng với muối natri và kali. Vì vậy, côn trùng thường không bài tiết nước ra cùng với phân, thực tế thì chúng cho phép dự trữ nước trong cơ thể. Quá trình tái hấp thu này giúp chúng có thể chịu đựng được với điều kiện môi trường khô và nóng.

Hầu hết côn trùng có hai đôi cánh nằm ở đốt ngực 2 và 3. Côn trùng là động vật không xương sống duy nhất đã tiến hoá theo hướng bay lượn và chính điều này đóng một vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của chúng. Các côn trùng có cánh, và những côn trùng không cánh thứ sinh đã tạo nên nhóm Côn trùng có cánh (Pterygota). Cơ chế bay của côn trùng cho đến nay vẫn chưa được tìm hiểu một cách đầy đủ, người ta cho rằng nó phụ thuộc rất lớn vào khối không khí nhiễu loạn do cánh tạo ra. Ở những côn trùng nguyên thuỷ lại dựa chủ yếu vào tác động của hệ cơ lên cánh và cấu trúc của cánh. Ở những bộ tiến hoá hơn như Neoptera, cánh thường gập lại trên lưng khi chúng nghỉ ngơi. Ở những côn trùng này, cánh được hoạt động bởi các cơ bay gián tiếp mà giúp cánh vận động bằng cách ép mạnh lên thành ngực. Những cơ này có thể co lại khi bị căng ra mà không cần sự điều khiển của hệ thần kinh, điều này cho phép chúng tạo ra tần số co giãn cơ tương đối cao.

Côn trùng có cơ quan hô hấp là khí quản để vận chuyển ôxy vào trong cơ thể. Các ống khí này mở ra ở bề mặt cơ thể và được gọi là lỗ thở (thường mỗi đốt có 1 đôi lỗ thở ở 2 bên), từ đây không khí được dẫn vào hệ thống khí quản. Không khí đi vào các mô thông qua các nhánh khí quản. Vòng tuần hoàn của côn trùng, cũng như tất cả các chân khớp khác là một hệ hở. Tim bơm dịch huyết vào động mạch qua xoang tim.

Phát triển và biến thái

Chuỗi ảnh chụp một thiếu trùng của một loài chuồn chuồn lột xác để trở thành một con trưởng thành.

Côn trùng phát triển thường có biến thái. Côn trùng nở từ trứng, trải qua nhiều lần lột xác trước khi đạt tới kích thước trưởng thành của loài. Cách sinh trưởng này là bắt buộc vì chúng có bộ xương cứng bên ngoài, được cấu tạo chủ yếu bởi kitin. Lột xác là quá trình mà con vật thoát khỏi lớp vỏ xương ngoài cũ để tăng lên về kích thước, sau đó hình thành nên bộ xương ngoài mới, vì lớp xương ngoài bằng kitin của các loài chân khớp không thể tăng lên về kích cỡ, trong khi cơ thể của chúng luôn luôn lớn lên cho tới lúc trưởng thành. Ở các loài côn trùng biến thái không hoàn toàn, có giai đoạn non được gọi là thiếu trùng. Thiếu trùng có thể có cấu tạo tương tự như con trưởng thành như ở châu chấu (chỉ khác là cánh vẫn chưa phát triển đầy đủ cho đến giai đoạn trưởng thành). Ở những côn trùng biến thái hoàn toàn (hầu hết côn trùng), trứng nở thành dạng ấu trùng, có dạng khác với con trưởng thành, gọi là giai đoạn sâu non. Ấu trùng phát triển và cuối cùng biến thái thành nhộng. Ở nhiều loài, ví dụ như ở loài bướm, nhộng là một giai đoạn được bao bọc trong kén. Ở trạng thái kén, chúng trải qua những thay đổi đáng kể về hình dạng và cuối cùng chui ra khỏi kén thành con trưởng thành hay còn gọi là vũ hóa. Bướm là một ví dụ tiêu biểu cho côn trùng có biến thái hoàn toàn.

Tập tính

Nhiều loài côn trùng có các cơ quan cảm giác rất tinh tế. Trong một số trường hợp, cơ quan giác quan của côn trùng nhạy cảm hơn cả ở con người rất nhiều. Ví dụ, ong có thể nhìn được trong phổ bức xạ cực tím để tìm kiếm nơi hút mật là những bông hoa có bức xạ này để "dẫn đường" cho ong. Bướm đực có cái "mũi chuyên hóa" là đôi anten (ở bướm ngày). Một số loài côn trùng (bướm đêm) cơ quan khứu giác có thể ngửi thấy pheromon của bướm cái từ khoảng cách vài km.

Các côn trùng có tập tính xã hội như kiến hay ong, chúng sống cùng nhau trong một tập đoàn lớn – tổ và được tổ chức rất chặt chẽ. Các cá thể trong tập đoàn tương đối giống nhau về bộ gen (do trinh sản) nên người ta có thể coi cả tập đoàn như một "siêu cơ thể". Đứng đầu một tổ côn trùng như vậy là con chúa-con cái duy nhất có khả năng sinh sản, và chỉ đảm nhiệm chức vụ này trong bầy và là mẹ của mọi con côn trùng khác trong tổ, bao gồm những con thợ là những con cái không có khả năng sinh sản, thực hiện mọi nhiệm vụ của tổ, từ kiếm thức ăn, vệ sinh tổ và vệ sinh con chúa, chăm sóc ấu trùng... Con chúa điều khiển các con của mình bằng pheromon, và cứ vào mỗi mùa sinh sản mới, chúng lại cho ra đời một lứa con chúa là hậu duệ của mình, khi trưởng thành những con này sẽ bay đi để tạo nên một tổ riêng, những đàn kiến cánh bay vào nhà bạn chính là hình ảnh minh họa rõ nét của chúng. Còn những con thợ thì được sinh ra hằng ngày với tốc độ chóng mặt. Còn những con đực chỉ đóng vai trò sinh sản.

Một tập tính quan trọng của côn trùng là một số loài và ở một số giai đoạn biến thái chúng có thời kỳ ngủ đông và thời kỳ đình dục.

Vai trò của côn trùng với môi trường và đời sống con người

Chỉ khoảng 0,1% các loài côn trùng là có hại cho con người. Nhiều côn trùng được coi là những con vật có hại cho con người vì chúng truyền bệnh (ruồi, muỗi), phá hủy các công trình (mối), hay làm hỏng các sản phẩm lương thực (mọt). Các nhà côn trùng học đã đưa ra nhiều biện pháp để kiểm soát chúng mà phổ biến nhất là thuốc trừ sâu. Tuy nhiên, ngày nay các phương pháp kiểm soát bằng sinh học đang ngày càng được dùng phổ biến hơn.

Mặc dù các côn trùng có hại thường nhận được nhiều sự quan tâm hơn, bên cạnh đó vẫn có nhiều loài có lợi cho môi trường và con người. Một số loài thụ phấn cho các loài thực vật có hoa (ví dụ ong, bướm, kiến...). Sự giao phấn là sự trao đổi (hạt phấn) giữa các thực vật có hoa để sinh sản. Các loài côn trùng khi lấy mật và phấn hoa đã vô tình tiến hành giao phấn. Ngày nay, một loạt các vấn đề về môi trường đã làm giảm quần thể các "nhà giao phấn" này. Số lượng các loài côn trùng được nuôi với mục đích làm vật trung gian quản lý việc thụ phấn cho thực vật đang trong thời ký phát triển manh.

Một số côn trùng sinh ra những chất rất hữu ích như mật, sáp, tơ. Ong mật đã được con người nuôi từ hàng ngàn năm nay để lây mật. Tơ tằm đã có ảnh hưởng rất lớn tới lịch sử loài người, các mối quan hệ thương mại được thiết lập trên con đường vận chuyển tơ lụa giữa Trung Quốc và phần còn lại của thế giới. Ấu trùng ruồi được sử dụng để chữa trị vết thương, ngăn chặn sự hoại tử do chúng ăn các phần chết thối. Phương pháp điều trị hiện đại này đã được sử dụng ở một số bệnh viện trên thế giới.

Ở nhiều nơi trên thế giới, côn trùng được sử dụng làm thức ăn cho con người trong khi nó lại là đồ kiêng kị ở các vùng khác. Thực ra đây cũng là một nguồn protein trong dinh dưỡng của loài người. Người ta không thể ước tính được có bao nhiêu loài côn trùng đã nằm trong thực đơn của con người nhưng nó đã có mặt trong rất nhiều thức ăn, đặc biệt trong ngũ cốc. Hầu hết chúng ta không nhận ra rằng các luật bảo vệ thực phẩm ở nhiều nước không ngăn cản việc có mặt của côn trùng trong thức ăn.

Một con bọ rùa ở giai đọan trưởng thành, đại diện cho loài côn trùng biến thái hoàn toàn; cả thành trùng lẫn ấu trùng bọ rùa đều ăn rệp cây, và là thiên địch tự nhiên có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát số lượng rệp hại cây.

Hầu hết chúng ta đều không ý thức được rằng, lợi ích lớn nhất của côn trùng chính là các loài ăn côn trùng. Nhiều loài côn trùng như châu chấu có thể sinh sản nhanh đến nỗi mà chúng có thể bao phủ Trái Đất chỉ trong một mùa sinh sản. Tuy nhiên có hàng trăm loài côn trùng khác ăn trứng của châu chấu, một số khác thì ăn cả những con trưởng thành. Vai trò này trong sinh thái thường được cho là của các loài chim, nhưng chính côn trùng, mặc dù không thực sự quyến rũ như những loài lông vũ kia mới chính là những con vật có vai trò quan trọng hơn. Với bất kỳ loài côn trùng có hại nào, như con người thường gọi, thì cũng có một loài ong là vật ký sinh hay là thiên địch của chúng và giữ một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát các loài có hại đó.

Nhiều côn trùng, đặc biệt là các loài cánh cứng là những bọn ăn xác thối, chúng ăn các xác động vật chết, các cây bị gãy mục, trả lại môi trường các chất hữu ích cho các sinh vật khác sử dụng. Ai Cập cổ đại đã sùng bái coi những con bọ cánh cứng như bọ hung là thần linh, bên cạnh nhiều động vật linh thiêng khác của họ như cá sấu, hà mã, cá trê, chim ưng... Điều này bắt nguồn từ một sự quan sát gắn với truyền thuyết: những con bọ hung Ai Cập sử dụng phân động vật làm thức ăn cho những con non của nó. Mà với một số lượng bọ hung đông đúc hoàn toàn sống dựa vào những bãi phân thì đối với chúng, thứ thức ăn bốc mùi này quả thật quý như vàng, và vì thế mà tranh chấp xảy ra. Chúng phải tìm cách lăn cục phân đi càng nhanh càng tốt khỏi đống phân và tìm một nơi chôn "kho báu" để giữ cho nó không bị cướp lại bởi những bà mẹ côn trùng khác. Chúng sử dụng hai chân sau để lăn phân-điều này đồng nghĩa với việc phải lộn ngược thân mình trong tư thế trồng cây chuối, mà như vậy thì không tiện cho việc quan sát đường đi cho lắm. Bởi vậy, những con bọ hung sử dụng hướng di chuyển của Mặt Trời, tức là từ Đông sang Tây làm la bàn định vị, những ông chủ kim tự tháp nhìn thấy các viên phân tròn dịch chuyển theo hướng di chuyển của Mặt Trời, rồi lại biến mất xuống lòng đất (bọ hung chôn phân trước khi đẻ trứng lên đó) đã ví những hình tượng không lấy gì làm vệ sinh lắm ấy với thần Mặt Trời, thần linh tối cao của họ. Và để trả ơn cho công lao dọn vệ sinh của con bọ hung, người Ai Cập đã trao cho chúng cái chức danh "người dẫn đường cho thần Mặt Trời".

Phân loại

Một bộ sưu tầm côn trùng trong Bộ Coleoptera (cánh cứng)

Lớp Côn trùng gồm 2 phân lớp:

• Phân lớp: Apterygota (Không cánh)
  • • Bộ Archaeognatha (Hàm nguyên thủy)
    • Bộ Thysanura (Đuôi tơ, Ba đuôi, Anh vĩ)
    • Bộ Monura (Độc vĩ, Một đuôi) tuyệt chủng
• Phân lớp: Pterygota (Có cánh)
  • • Bộ Ephemeroptera (Phù du)
    • Bộ Odonata (Chuồn chuồn)
    • Bộ Diaphanopteroidea tuyệt chủng
    • Bộ Palaeodictyoptera tuyệt chủng
    • Bộ Megasecoptera tuyệt chủng
    • Bộ Archodonata tuyệt chủng
  • Tổng bộ: Neoptera (Cánh mới)
    • Bộ Blattodea (Gián)
    • Bộ Isoptera (Bộ Đẳng cánh, Cánh Đều: mối. Hiện có người xếp mối vào bộ gián, Blattodea)
    • Bộ Mantodea (Bọ ngựa)
    • Bộ Dermaptera (Cánh da)
    • Bộ Plecoptera (Cánh úp)
    • Bộ Orthoptera (Cánh thẳng: châu chấu, cào cào, muỗm, dế)
    • Bộ Phasmatodea (Bọ que)
    • Bộ Embioptera (Cánh lợp, bọ chân dệt)
    • Bộ Zoraptera (Rận đất)
    • Bộ Grylloblattodea
    • Bộ Mantophasmatodea (gladiators)
  • Tổng bộ: Exopterygota (Cánh ngoài)
    • Bộ Psocoptera (Rệp sáp, Mọt)
    • Bộ Thysanoptera (Cánh viền, Bọ trĩ)
    • Bộ Phthiraptera (Rận, chấy)
    • Bộ Hemiptera (Cánh nửa)
  • Tổng bộ: Endopterygota (Cánh trong)
    • Bộ Raphidioptera (snakeflies)
    • Bộ Megaloptera (Cánh rộng)
    • Bộ Neuroptera (Cánh gân: Tảo linh)
    • Bộ Coleoptera (Cánh cứng: Bọ rùa, Bọ hung)
    • Bộ Strepsiptera (Cánh vuốt)
    • Bộ Mecoptera (Cánh dài)
    • Bộ Siphonaptera (Cánh ống: Bọ chét)
    • Bộ Diptera (Cánh đôi-Hai cánh: Ruồi, Muỗi)
    • Bộ Trichoptera (Cánh lông)
    • Bộ Lepidoptera (Cánh vẩy, cánh phấn: bướm, ngài, nhậy)
    • Bộ Hymenoptera (Cánh màng: Ong, kiến)
    • Bộ Miomoptera tuyệt chủng
    • Bộ Protodiptera (Hai cánh nguyên thủy) tuyệt chủng

Hóa thạch và tiến hóa

Hóa thạch của một côn trùng hai cánh, trong hổ phách, khoảng 40-50 triệu năm trước, trong ánh sáng tự nhiên; hình màu xanh ở góc dưới bên phải là mẫu này được ghi hình trong tia cực tím

Các mối quan hệ của các nhóm côn trùng vẫn chưa rõ ràng. Mặc dù người ta vẫn cho rằng côn trùng có cùng nguồn gốc với nhóm Nhiều chân, các bằng chứng đã cho thấy côn trùng có mối quan hệ với giáp xác. Hóa thạch côn trùng được tìm thấy trong suốt kỷ Carbon, khoảng 350 triệu năm trước. Các dạng đó bao gồm một vài bộ hiện nay đã tuyệt chủng và có nhiều loài lớn hơn các loài côn trùng đang sống hiện nay. Có rất ít những dữ liệu về nguồn gốc của các côn trùng bay vì các côn trùng có cánh sớm nhất đã có khả năng bay. Ngày nay người ta cho rằng cánh là do các nếp gấp của tấm bên cơ thể mà thành và một vài côn trùng có một đôi cánh nhỏ gắn vào đốt ngực thứ nhất và như vậy nó sẽ có tổng số 3 đôi cánh.

Kỷ Permi, cách đây 270 triệu năm, đã chứng kiến sự phát triển thịnh vượng của các nhóm côn trùng; nhiều nhóm đã tuyệt chủng cùng trong sự kiện tuyệt chủng kỷ Permi - Trias, sự tuyệt chủng lớn nhất trong lịch sử Trái Đất. Các loài cánh màng thích nghi thành công nhất ở kỷ Creta nhưng phát triển đa dạng ở đại Tân Sinh.

Nhiều loài côn trùng ngày nay đã phát triển từ đại Tân sinh. Trong thời kỳ này chúng ta tìm thấy các côn trùng được bảo vệ trong hổ phách, một điều kiện hoàn hảo và dễ dàng trong việc so sánh với các loài hiện nay. Khoa học nghiên cứu hoá thạch côn trùng được gọi là Cổ côn trùng học (Paleoentomology).

Quan hệ với con người

Muỗi là một trong những côn trùng gây chết người hàng đầu

Nhiều loài côn trùng được coi là loài gây hại của con người. Côn trùng gây hại bao gồm những loài hút máu, ký sinh (muỗi, chí, rệp), truyền bệnh (muỗi, ruồi), gây thiệt hại (mối) hoặc phá hoại hàng hoá nông nghiệp (cào cào, mọt ngũ cốc). Nhiều nhà côn trùng học đã tiến hành nhiều hình thức kiểm soát dịch hại như nghiên cứu cho các công ty để sản xuất thuốc trừ sâu, nhưng ngày càng kiểm soát dịch hại dựa vào phương pháp sinh học như dùng thiên địch. Phương pháp sinh học sử dụng một trong những sinh vật để giảm mật độ dân số sinh vật khác (các loài vật gây hại) và được xem là một yếu tố quan trọng của quản lý dịch hại tổng hợp.

Mặc dù nhiều nỗ lực to lớn để kiểm soát côn trùng, những cách thức mà con người áp dụng có thể gây chết các thiên địch. Việc sử dụng bừa bãi các hóa chất diệt có thể giết nhiều loài trong hệ sinh thái, gồm cả những loài ăn côn trùng như chim, chuột và nhiều loài khác. Một ví dụ điển hình là việc sử dụng DDT đã gây hại cho các động vật hoang dã và giết nhiều thiên địch.

Côn trùng ở Việt Nam

Việt Nam có khu hệ Côn trùng phóng phú và đa dạng: cho đến nay 24 bộ với khoảng 7000 loài đã được định tên. Các bộ côn trùng có ý nghĩa trong nông nghiệp được nghiên cứu kỹ là bộ Bướm (Lepidoptera), bộ Cánh cứng Coleoptera)…; các bộ có ý nghĩa y học gồm bộ Hai cánh (Diptera), bô Bọ chét (Aphaniptera), bộ Chấy rận (Anoplura).

Việt nam đã định tên được: gần 200 loài muỗi (họ Culicidae); 80 loài bọ chét (Bộ Aphaniptera); 500 loài côn trùng có hại cho cây trồng.

Tài liệu tham khảo

• Nguyễn Anh Diệp (chủ biên), Trương Quang Học, Phạm Bình Quyền, Côn trùng học, Tập I: Cấu trúc, Chức năng sinh lý, Sinh học, Sinh thái học. Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội, 2005
• Trương Quang Học (chủ biên), Từ điển đa dạng sinh học và phát triển bền vững Anh – Việt. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2001
• Биологическая энциклопедия, под редакцией профессоров Н.А. Гладкова, А.В. Михеева, М., 1970
• John L. Capinera, Encyclopedia of Entomology, Springer, 2008.
• Jamison, D.T., Disease Control Priorities in Developing Countries (Second edition), 2006
• Gullan, P.J.; Cranston, P.S. The Insects: An outline of Entomology. Wiley-Blackwwell, 1998
• Romoser, W.S.; Stoffolano Jr.JG., The Science of Entomology. Wm.C. Brown Publishers, 1994
• Borror, D.; Tripplehorn, C.A.; Johnson, N.F., An Introduction to the Study of Insects (Sixth Edition). Harcounrt College Publishers, 1992