Bài giảng Sinh học B - Phần E: Sự đa dạng hoá của sự sống côn trùng

SINH HỌC B Giảng viên: GVC. ThSĩ Nguyễn Thị Sáu Khoa : Công nghệ Thực phẩm TP.HCM, Tháng 3 năm 2010PHẦN E: SỰ ĐA DẠNG HOÁ CỦA SỰ SỐNGCÔN TRÙNG I. Đặc điểm sinh học của côn trùng: 1. Côn trùng, hay sâu bọ, là những động vật không xương sống có tên khoa học là lớp Insecta (lớp Côn trùng), là lớp lớn nhất trên Trái Đất và cũng là lớp phân bố rộng rãi nhất trong số các đại diện của ngành Chân khớp (Arthropoda). Côn trùng là nhóm đa dạng nhất trên Trái Đất, với hơn 1 triệu loài đã được mô tả-chiếm hơn một nửa tổng số tất cả các loài sinh vật sống mà con người biết đến—với ước lượng về số loài chưa được mô tả lên tới 30 triệu, và do đó có thể đại diện cho hơn 90% các dạng sống khác nhau trên hành tinh. PHẦN E: SỰ ĐA DẠNG HOÁ CỦA SỰ SỐNGCÔN TRÙNG Người ta có thể tìm thấy côn trùng ở gần như tất cả các môi trường sống trên Trái Đất, mặc dù chỉ có một số lượng nhỏ các loài có thể thích nghi được với đời sống ở đại dương, nơi mà giáp xác là nhóm chiếm ưu thế. Có khoảng 5.000 loài chuồn chuồn; 2.000 loài bọ ngựa; 20.000 loài châu chấu; 17.000 loài bướm; 120.000 loài hai cánh; 82.000 loài cánh nửa; 350.000 loài cánh cứng và khoảng 110.000 loài cánh màng. Côn trùng thực sự có các đặc điểm sau: thứ nhất, cơ thể của một thành trùng (cá thể trưởng thành của loài) phải phân thành 3 phần tất cả: đầu, ngực và bụng. Thứ hai, thành trùng phải có tất cả ba đôi chân được gắn vào các đốt ngực, hai đôi râu trên đầu, và phần bụng được phân chia thành nhiều đốt (≤11 đốt). Phần lớn (không phải tất cả) côn trùng trưởng thành đều có cánh. Khoa học nghiên cứu về côn trùng được gọi là côn trùng học (entomology). 2. Cấu tạo: 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 bởi kitin. Cơ thể được chia thành đầu, ngực và bụng. Trên đầu có một cặp râu là cơ quan cảm giác, một cặp 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 cặp chân) và 2-4 cánh (ở các loài có cánh). Bụng có cơ quan bài tiết và cơ quan sinh sản. 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 Manphigi, 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 cặp cánh liên kết với đốt ngực 2 và 3. 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 dãn cơ tương đối cao.Côn trùng sử dụng cơ quan hô hấp 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 (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. 3. Sinh sản: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 xương ngoài cũ để tăng lên về kích thước, sau đó hình thành nên bộ xương ngoài mới, vì lớp xương ngoài bằng kitin hoặc đá vôi 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 hầu hết các loài côn trùng, giai đoạn trẻ được gọi là thiếu trùng. Thiếu trùng có thể có cấu tạo tương tự như Thành trùng như ở châu chấu (mặc dù cánh vẫn chưa chỉ phát triển đầy đủ cho đến giai đoạn trưởng thành). Đây là những côn trùng biến thái không hoàn toàn. Ở những côn trùng biến thái hoàn toàn (hầu hết côn trùng), trứng nở thành dạng ấu trùng, có dạng giống như giun đất, gọi là giai đoạn sâu non. Ấu trùng phát triển và cuối cùng biến thái thành nhộng (pupa - một giai đoạn được bao bọc trong kén) ở một số loài. Ở trạng thái kén, chúng trải qua những thay đổi đáng kể về hình dạng và cuối cùng chui ra khỏi kén như một con trưởng thành hay còn gọi là hoá vũ. Bướm là côn trùng có biến thái hoàn toàn. 	4. Tập tính:Nhiều loài côn trùng có các cơ quan cảm giác rất tinh tế. Trong một số trường hợp, các giác quan của chúng nhạy cảm hơn 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. Các côn trùng có tập tính xã hội như kiến hay ong, chúng sống cùng nhau trong một tập đoàn lớn và được tổ chức rất tốt. 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 là con chúa - con cái duy nhất có khả năng sinh sản, 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 lũ con của mình bằng pheromon. Một tập tính quan trọng của côn trùng là một vài loài và ở một số giai đoạn biến thái chúng có thời kỳ ngủ đông (hibernate) và thời kỳ đình dục (diapause). II. Vai trò của côn trùng trong sản xuất và đời sống:Chỉ có 0,1% các loài côn trùng là đi ngược lại lợi ích của con người. Nhiều côn trùng được coi là những con vật có hại với loài 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 (methods of biocontrol) 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 (ong, bướm, kiến...). Sự giao phấn (pollination) 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 các quần thể "nhà giao phấn" (pollinator) 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 thịnh vượng.Một số côn trùng cũng 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. Ấu trùng maggot 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 vài bệnh viện trên thế giới.Nhiều nơi trên thế giới, côn trùng được sử dụng làm thức ăn cho con người (entomophagy) trong khi nó lại là đồ kiêng kị với 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.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 dạng hữu ích cho các sinh vật khác sử dụng. 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 vừng, 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 loài ăn côn trùng (insectivores). Nhiều loài côn trùng như châu chấu có thể sinh sản nhanh. 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 bắp cày 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..