Ánh sáng đêm - Đom đóm

Đom đóm hay còn gọi là bọ phát sáng là một nhóm côn trùng nhỏ thuộc họ Đom đóm (Lampyridae) nổi bật với khả năng phát sáng. Dù chúng thường xuất hiện ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới (khoảng 2000 loài), đom đóm là biểu tượng đặc trưng của vùng ôn đới. Những sinh vật này ăn sâu bọ hoặc ốc và hoạt động chủ yếu vào ban đêm. Con đực bay vào đầu mùa hè với ánh sáng đỏ cam hoặc vàng xanh (bước sóng 510 - 670 nm), trong khi con cái và ấu trùng cũng phát sáng. Ánh sáng này đóng vai trò quan trọng trong việc thu hút bạn tình, còn ở ấu trùng, nó cảnh báo động vật ăn thịt nhờ các hóa chất có mùi vị khó chịu và độc hại.

Đặc điểm sinh học

Đom đóm có thân màu nâu, mềm và cánh cứng bền hơn so với nhiều loài bọ cánh cứng khác. Dù một số con cái có thể trông giống con đực, những con cái dạng ấu trùng đã được phát hiện trong nhiều loài đom đóm. Chúng dễ phân biệt với ấu trùng nhờ có mắt kép. Các loài đom đóm phổ biến nhất hoạt động vào ban đêm, nhưng cũng có những loại hoạt động vào ban ngày và thường tìm nơi tối để phát sáng.

Sau khi giao phối, con cái đẻ trứng lên hoặc dưới bề mặt đất. Trứng nở sau khoảng 3 - 4 tuần, ấu trùng sẽ phát triển và kiếm ăn suốt mùa hè. Ấu trùng, còn gọi là sâu sáng (glowworm), không nên nhầm lẫn với các loài thuộc gia đình bọ cánh cứng Phengodidae hay ruồi Arachnocampa. Chúng có mắt đơn giản và thuật ngữ sâu sáng cũng dùng để chỉ cả con trưởng thành và ấu trùng của các loài như Lampyris noctiluca, phổ biến ở châu Âu. Con cái trưởng thành không bay được và phát sáng, trong khi con đực bay được chỉ phát sáng trong khoảng một tuần và không liên tục.

Đom đóm trải qua mùa đông bằng cách ngủ đông ở giai đoạn ấu trùng, có loài kéo dài vài năm. Chúng thường chọn cách đào hầm dưới đất hoặc ẩn nấp ở những nơi khô ráo như dưới vỏ cây. Vào mùa xuân, chúng phá kén và sau vài tuần tìm kiếm thức ăn, chúng sẽ hóa nhộng trong khoảng từ 1 đến 2 tuần rưỡi rồi trưởng thành. Ấu trùng của chúng thường bị các loài ăn thịt khác, sên đất, hoặc sên trần tấn công. Một số loài có hàm trên đặc biệt, phun dịch tiêu hóa vào con mồi. Con trưởng thành thay đổi chế độ ăn uống, một số ăn thịt trong khi những loài khác tiêu thụ phấn hoặc mật hoa.

Hầu hết các loài đom đóm có thể gây khó chịu hoặc thậm chí độc hại đối với những loài ăn thịt có xương sống. Điều này liên quan đến nhóm pyron steroid được gọi là lucibufagin (LBG), có tính chất tương tự như bufadienolides kích thích tim mạch có trong một số loài cóc độc.

Quá trình phát sáng và các yếu tố hóa học

Ánh sáng của đom đóm đến từ một phản ứng hóa học đặc biệt gọi là phát quang sinh học. Quá trình này xảy ra trong các cơ quan phát sáng nằm dưới bụng đom đóm, nơi enzyme luciferase tương tác với luciferin, cùng với các ion magie, ATP và oxy để tạo ra ánh sáng. Các gen mã hóa các chất này được tích hợp vào nhiều cơ quan khác nhau. Luciferase của đom đóm được ứng dụng trong khoa học pháp y và y học, chẳng hạn như phát hiện sự hiện diện của ATP hoặc magie. Vào thời kỳ Phục Hưng, bột đom đóm đã sấy khô được sử dụng để chế tạo các hỗn hợp cảm quang, và Caravaggio có thể đã dùng loại bột này trong các tác phẩm của ông.

Tất cả các loài đom đóm đều phát sáng từ giai đoạn ấu trùng. Tuy nhiên, chức năng của ánh sáng trong ấu trùng khác với ở đom đóm trưởng thành. Ở ấu trùng, ánh sáng hoạt động như một tín hiệu cảnh báo để xua đuổi kẻ săn mồi, do nhiều ấu trùng chứa các hóa chất có thể gây khó chịu hoặc độc hại.

Ban đầu, người ta nghĩ rằng ánh sáng của đom đóm trưởng thành chủ yếu là để cảnh báo, nhưng nghiên cứu sau này cho thấy nó chủ yếu được dùng để thu hút bạn tình. Ánh sáng sinh học ở ấu trùng cũng tồn tại ở đom đóm trưởng thành và có thể thay đổi cho đến khi ổn định, tạo thành cơ chế giao tiếp sinh dục ở nhiều loài. Đom đóm trưởng thành sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để thu hút bạn tình, từ ánh sáng liên tục đến lập lòe và tín hiệu hóa học không liên quan đến hệ thống phát sáng.

Một số loài đom đóm, đặc biệt là các chi Photinus, Photuris và Pyractomena, có kiểu phát sáng lập lòe đặc trưng khi con đực bay để thu hút con cái. Con cái của chi Photinus không thể bay, nhưng chúng phát sáng lập lòe để thu hút con đực cùng loài.

Đom đóm nhiệt đới, đặc biệt là ở Đông Nam Á, thường phát sáng đồng bộ thành các nhóm lớn, một ví dụ sinh học về sự đồng bộ hóa. Ở một số khu vực, hiện tượng này được giải thích là sự đồng bộ pha và trật tự tự phát. Vào ban đêm dọc các bờ sông trong rừng nhiệt đới Malaysia, đặc biệt gần Kuala Selangor, đom đóm (hay 'kelip-kelip' trong tiếng Malay) phát sáng đồng bộ chính xác. Các giả thuyết hiện tại về hành vi này bao gồm chế độ ăn uống, sự tương tác xã hội và độ cao. Ở Philippines, hàng nghìn con đom đóm có thể được quan sát quanh năm tại thị trấn Donsol, nơi chúng được gọi là aninipot hoặc totonbalagon. Tại Hoa Kỳ, một trong những hiện tượng đồng bộ ánh sáng nổi tiếng nhất xảy ra hàng năm gần Elkmont, Tennessee trong dãy núi Great Smoky vào đầu tháng 6. Vườn quốc gia Congaree ở Nam Carolina cũng là một địa điểm nổi tiếng với hiện tượng này.

Đom đóm cái thuộc chi Photuris nổi tiếng vì khả năng bắt chước ánh sáng của các loài đom đóm khác nhằm mục đích săn mồi; chúng thường tấn công đom đóm Photinus nhỏ hơn. Những con đực bị cuốn hút bởi ánh sáng giả mạo này và thường bị ăn thịt. Do đó, loài Photuris đôi khi được gọi là 'đom đóm mụ bà bùa mê'.

Nhiều loài đom đóm không phát sáng, thường hoạt động vào ban ngày như chi Ellychnia. Có rất ít loài đom đóm ngày sống ở những nơi râm mát dưới tán cây và phát sáng. Một ví dụ là chi Lucidota. Những loài không phát sáng này sử dụng pheromone để giao tiếp khi giao phối. Thực tế là các loài này không biểu hiện ánh sáng sinh học và thay vào đó dùng tín hiệu hóa học. Ví dụ, Phosphaenus hemipterus có cơ quan phát sáng nhưng là đom đóm ngày với râu lớn và mắt nhỏ, cho thấy việc sử dụng pheromone cho chọn lọc sinh dục trong khi ánh sáng dùng để cảnh báo. Trong các thử nghiệm kiểm soát, những con đực bay ngược chiều gió vẫn tiếp cận con cái trước.

Cơ quan phát sáng của đom đóm gồm nhiều lớp tế bào nhỏ phản xạ ánh sáng và một lớp tế bào phát sáng. Tế bào phát sáng được điều khiển bởi thần kinh và các ống khí; oxy qua các ống khí chuyển hóa luciferin thành oxyluciferin. Quá trình oxy hóa này được xúc tác bởi enzyme luciferase, giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Đom đóm kiểm soát ánh sáng bằng cách điều chỉnh lượng không khí cung cấp cho tế bào. Cường độ và tần số ánh sáng thay đổi tùy loài và thường được sử dụng để phân biệt giới tính. Sự nhấp nháy đồng bộ là đặc trưng của một số loài nhiệt đới và được cho là để tìm bạn tình cũng như xua đuổi kẻ săn mồi.

Một số loài đom đóm không chỉ con trưởng thành mà cả ấu trùng cũng có khả năng phát sáng. Ngược lại, có những loài mà chỉ ấu trùng mới phát sáng còn con trưởng thành lại không có khả năng này.

Đom đóm trưởng thành của nhiều loài thường không đi kiếm ăn, mà chỉ tập trung vào việc sinh sản. Thông thường, chúng chọn những khu vực đất ẩm ướt để đẻ trứng lên cơ thể của các loại ốc và giun đất bằng cách tiêm dung dịch thủy phân vào con mồi. Ấu trùng sau khi nở từ trứng sẽ lấy dinh dưỡng trực tiếp từ cơ thể con mồi sống. Sau khoảng 1 - 2 năm, ấu trùng hóa nhộng. Cả ấu trùng và con cái không cánh đều được gọi là giun phát sáng (glowworms). Loài giun phát sáng phổ biến ở châu Âu là Lampyris noctiluca, được coi là có lợi vì chúng tiêu diệt các tác nhân phá hoại mùa màng như ốc và sên. Ngoài đom đóm, nhiều loài côn trùng khác cũng có khả năng phát sáng.

Trong quá khứ, hoặc tại một số vùng nông thôn ở Việt Nam và Trung Quốc hiện nay, người dân, đặc biệt là trẻ em, thường bắt đom đóm và bỏ vào các vật dụng trong suốt như vỏ trứng để tạo thành trò chơi hoặc dụng cụ chiếu sáng tạm thời như đèn lồng.

Phát sinh chủng loài

Dựa theo nghiên cứu của Martin et al. (2019)

Hình ảnh