Côn trùng

Côn trùng hay còn gọi là sâu bọ, là một lớp động vật không xương sống với bộ xương ngoài làm bằng kitin.

Chúng có cơ thể chia thành ba phần (đầu, ngực, bụng), ba cặp chân, mắt kép và một cặp râu. Côn trùng là nhóm động vật phong phú nhất trên Trái Đất với hơn một triệu loài được mô tả, chiếm hơn một nửa tổng số sinh vật.

Ước tính có từ 6 đến 10 triệu loài côn trùng còn tồn tại, chiếm 90% số lượng các loài động vật trên hành tinh. Côn trùng có khả năng sống trong hầu hết các môi trường, mặc dù chỉ một số ít sống ở biển và đại dương, nơi động vật giáp xác là chủ yếu. Từ 'Côn trùng' có nguồn gốc Hán Việt, trong đó 'côn' (昆) biểu thị sự đông đúc và 'trùng' (虫) nghĩa là sâu bọ, nhấn mạnh sự sinh sản dồi dào của nhóm này.

Hình dạng và sự phát triển

Côn trùng có kích thước từ khoảng 1 mm đến khoảng 180 mm về chiều dài. Cơ thể chúng phân đốt và được bảo vệ bởi bộ xương ngoài cứng, chủ yếu cấu tạo từ kitin. Cơ thể được chia thành đầu, ngực và bụng. Đầu có một cặp râu để cảm nhận, một cặp mắt kép cùng ba mắt đơn (ở giai đoạn sâu non có thể là sáu mắt đơn) và miệng. Ngực có sáu chân (mỗi đốt một cặp) và từ hai đến bốn cánh (ở các loài có cánh). Bụng chứa các cơ quan bài tiết và sinh sản.

Côn trùng có hệ tiêu hóa hoàn chỉnh với ống liên tục từ miệng đến hậu môn, khác với nhiều loài chân khớp đơn giản khác có hệ tiêu hóa chưa hoàn chỉnh. Các ống Malpighi làm nhiệm vụ bài tiết các chất thải chứa nitơ, ruột sau giúp điều chỉnh áp suất thẩm thấu, với khả năng tái hấp thu nước và muối natri, kali. Vì vậy, côn trùng thường không bài tiết nước cùng phân, mà có khả năng lưu trữ nước trong cơ thể, giúp chúng chịu đựng điều kiện khô hạn và nhiệt độ cao.

Hầu hết côn trùng có hai cặp cánh gắn với các đốt ngực thứ hai và thứ ba. Chúng là động vật không xương sống duy nhất đã tiến hóa để bay, điều này góp phần quan trọng vào sự thành công của chúng. Các loài côn trùng có cánh, và những loài không cánh thứ sinh đã tạo thành nhóm có cánh (Pterygota). Cơ chế bay của côn trùng chưa được nghiên cứu đầy đủ, nhưng được cho là phụ thuộc nhiều vào luồng không khí nhiễu loạn do cánh tạo ra.

Ở những côn trùng nguyên thủy, cánh chủ yếu dựa vào hệ cơ và cấu trúc của chúng. Các bộ côn trùng tiến hóa hơn như Neoptera thường gập cánh trên lưng khi nghỉ ngơi. Các côn trùng này sử dụng các cơ bay gián tiếp để điều khiển cánh, bằng cách nén vào thành ngực. Các cơ này có thể co lại khi căng mà không cần hệ thần kinh điều khiển, cho phép tạo ra tần số co giãn cơ khá cao.

Côn trùng sử dụng hệ thống ống khí để vận chuyển oxy vào cơ thể. Những ống khí này mở ra trên bề mặt cơ thể và được gọi là lỗ thở (mỗi đốt có một đôi lỗ thở ở hai bên). Từ lỗ thở, không khí được dẫn vào các nhánh khí quản. Quá trình tuần hoàn của côn trùng, như các loài chân khớp khác, là hệ tuần hoàn hở. Tim của chúng bơm dịch huyết vào động mạch qua xoang tim.

Côn trùng nở từ trứng và trải qua nhiều lần lột xác trước khi đạt kích thước trưởng thành. Quá trình này là cần thiết vì chúng có bộ xương ngoài cứng bằng kitin. Lột xác là giai đoạn con côn trùng loại bỏ lớp xương ngoài cũ để tăng trưởng, sau đó hình thành lớp xương mới. Do lớp xương ngoài bằng kitin hoặc đá vôi của chân khớp không thể mở rộng, trong khi cơ thể chúng tiếp tục phát triển cho đến khi trưởng thành.

Ở hầu hết các loài côn trùng, giai đoạn non được gọi là thiếu trùng (nymph). Thiếu trùng có thể giống với thành trùng như ở châu chấu (mặc dù cánh chưa phát triển đầy đủ). Đây là các loài côn trùng biến thái không hoàn toàn. Đối với các loài biến thái hoàn toàn (phần lớn côn trùng), trứng nở thành ấu trùng giống như giun đất, gọi là sâu non. Ấu trùng sau đó phát triển và biến thái thành nhộng (pupa - giai đoạn bao bọc trong kén). Trong kén, chúng trải qua sự chuyển hóa lớn về hình dạng và cuối cùng xuất hiện dưới dạng trưởng thành, còn gọi là hoá vũ. Bướm là ví dụ điển hình cho côn trùng biến thái hoàn toàn.

Tập tính

Nhiều loài côn trùng sở hữu các cơ quan cảm giác cực kỳ nhạy bén. Trong nhiều trường hợp, chúng có khả năng cảm nhận mạnh mẽ hơn nhiều so với con người. Chẳng hạn, ong có thể phát hiện ánh sáng cực tím để tìm hoa có bức xạ này làm mục tiêu hút mật, và sử dụng điều đó để định hướng. Bướm đực có đôi ăng-ten chuyên biệt (ở bướm ngày có chóp tròn ở đầu, còn bướm đêm có thể có dạng lông vũ hoặc không có chóp tròn) có thể ngửi được pheromone của bướm cái từ khoảng cách vài km.

Những côn trùng xã hội như kiến và ong sống theo kiểu tập đoàn lớn, với một tổ chức rất rõ ràng. Các cá thể trong cùng một tập đoàn có bộ gen tương đối giống nhau do sinh sản vô tính, vì vậy có thể coi tập đoàn như một 'siêu cơ thể'. Đứng đầu tập đoàn là con chúa, là cá thể duy nhất có khả năng sinh sản và đóng vai trò là mẹ của tất cả các con côn trùng khác trong tổ, bao gồm các con thợ, những con cái không sinh sản, thực hiện tất cả các nhiệm vụ của tổ như tìm kiếm thức ăn, vệ sinh tổ và chăm sóc ấu trùng.

Con chúa kiểm soát tập đoàn của mình bằng pheromone. Mỗi mùa sinh sản, nó tạo ra một lứa con cháu mới, khi trưởng thành, những con này sẽ bay đi để thành lập tập đoàn mới. Những đàn kiến cánh bay vào nhà bạn là minh chứng rõ ràng cho điều này. Các con thợ được sinh ra liên tục với tốc độ nhanh chóng, trong khi con đực chủ yếu thực hiện chức năng sinh sản. Một tập tính quan trọng của côn trùng là một số loài và giai đoạn biến thái có thời kỳ ngủ đông và thời kỳ đình dục.

Giác quan của côn trùng

Một trong những lý do chính giúp côn trùng tồn tại, tiến hóa và phát triển qua hàng trăm triệu năm, cũng như khả năng thích nghi với mọi môi trường trên cạn, là hệ thống giác quan vô cùng nhạy bén và chính xác mà chúng sở hữu. Hệ thống này hỗ trợ chúng trong các hoạt động di chuyển, tìm kiếm thức ăn, trốn tránh kẻ thù và sinh sản.

Côn trùng sở hữu khả năng thị giác tuyệt vời trong thế giới động vật, với hai loại mắt: mắt kép và mắt đơn. Mỗi mắt kép bao gồm hàng trăm hoặc hàng nghìn thấu kính vi mô, mỗi thấu kính tiếp nhận một hình ảnh giống hệt, nên hình ảnh của khuôn mặt bạn sẽ được nhân lên hàng nghìn lần trong mắt của một con ruồi. Ngược lại, mắt đơn chỉ có một thấu kính và chủ yếu giúp cảm nhận ánh sáng và màu sắc.

Một số loài côn trùng có cả mắt đơn và mắt kép, trong khi những loài khác chỉ có mắt đơn. Đặc biệt, mắt của côn trùng không chỉ nằm trên đầu; ngay cả khi đầu bị bịt kín, chúng vẫn có thể cảm nhận ánh sáng nhờ các tế bào thị giác phân bố trên cơ thể.

Không phải côn trùng nào cũng có thị giác tốt như nhau: Các loài săn mồi và hoạt động ban ngày như chuồn chuồn, ruồi, bọ ngựa, ong, bướm và bọ cánh cứng thường có thị giác xuất sắc với mắt gần như bao trùm đầu. Trong khi đó, những loài hoạt động vào ban đêm như gián, hoặc sống dưới đất như kiến và mối, có thị giác kém hơn. Tuy nhiên, gián có đôi ăngten dài cho xúc giác và khứu giác, giúp tìm thức ăn và cảm nhận rung động nhỏ nhất. Mối, hậu duệ của gián, hầu hết đều mù, nhưng bù lại, chúng có hệ thống khứu giác phát triển và tổ chức sinh sản thông minh, giúp tập đoàn kiến hoạt động như một cơ thể thống nhất.

Ngụy trang và tự vệ

Sau bốn trăm triệu năm hiện diện trên Trái Đất, côn trùng đã không ngừng chiến đấu để trở thành nhóm động vật đông đảo nhất. Khi môi trường ngày càng làm giảm kích thước của chúng, các loài côn trùng buộc phải phát triển những chiến lược sinh tồn đặc biệt để đối phó với kẻ thù. Chúng đã phát triển một thế giới phong phú với các phương pháp lẩn trốn và ngụy trang, nhiều loài có khả năng thay đổi màu sắc để hòa quyện với môi trường xung quanh.

• Ngụy trang: Côn trùng sử dụng màu sắc và hình dạng cơ thể để hòa mình với môi trường sống, ví dụ như giống như cành cây hoặc lá khô.
• Giả trang: Một số loài côn trùng bắt chước các động vật có độc để làm đối thủ sợ hãi.

Vai trò của côn trùng

Chỉ có khoảng 0,1% các loài côn trùng gây hại cho con người. Nhiều côn trùng như ruồi, muỗi, và mối, dù được coi là có hại vì chúng truyền bệnh, phá hoại công trình, hoặc làm hỏng lương thực, nhưng các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều biện pháp để kiểm soát chúng, trong đó thuốc trừ sâu là phổ biến nhất. Tuy nhiên, ngày nay, các phương pháp kiểm soát sinh học ngày càng trở nên phổ biến hơn.

Dù các loài côn trùng gây hại thường được chú ý nhiều hơn, vẫn có nhiều loài có lợi cho cả môi trường và con người. Một số loài như ong, bướm, và kiến giúp thụ phấn cho thực vật có hoa, một quá trình quan trọng để thực vật sinh sản. Tuy nhiên, sự suy giảm các loài thụ phấn đã làm giảm khả năng thụ phấn tự nhiên, dẫn đến việc các côn trùng thụ phấn được nuôi để hỗ trợ việc này ngày càng được quan tâm.

Nhiều loài côn trùng sản xuất những chất quý giá như mật, sáp, và tơ. Ong mật đã được con người nuôi để thu hoạch mật hàng nghìn năm nay, trong khi tơ tằm đã ảnh hưởng lớn đến lịch sử thương mại, kết nối Trung Quốc với phần còn lại của thế giới qua con đường tơ lụa. Ấu trùng cũng được dùng để điều trị vết thương và ngăn ngừa hoại tử bằng cách ăn các mô chết. Phương pháp này hiện đang được áp dụng tại một số bệnh viện trên toàn cầu.

Trên khắp thế giới, côn trùng được sử dụng làm thực phẩm cho con người, mặc dù ở một số vùng, chúng lại bị coi là đồ kiêng kị. Chúng cung cấp một nguồn protein bổ sung quan trọng trong chế độ ăn. Mặc dù không thể xác định chính xác số lượng loài côn trùng xuất hiện trong thực đơn của con người, chúng có mặt trong nhiều sản phẩm thực phẩm, đặc biệt là ngũ cốc. Điều đáng chú ý là nhiều quy định về thực phẩm không cấm sự hiện diện của côn trùng trong thực phẩm. Các loài côn trùng, đặc biệt là bọ cánh cứng, đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy xác động vật và cây cối mục nát, trả lại các chất hữu ích cho môi trường.

Người Ai Cập cổ đại thờ phụng các loài bọ cánh cứng như bọ hung, bên cạnh các động vật linh thiêng khác như cá sấu, hà mã, cá trê, và chim ưng. Niềm sùng bái này bắt nguồn từ quan sát và truyền thuyết: bọ hung Ai Cập sử dụng phân động vật để nuôi con non. Với số lượng lớn bọ hung sống dựa vào phân, nguồn thức ăn này trở nên quý giá như vàng. Do đó, chúng phải lăn cục phân ra khỏi đống phân càng nhanh càng tốt để chôn giấu 'kho báu' và bảo vệ khỏi các bọ hung khác.

Chúng dùng hai chân sau để lăn phân, điều này có nghĩa là chúng phải lộn ngược thân mình, làm cho việc quan sát hướng di chuyển trở nên khó khăn. Để định hướng, bọ hung sử dụng sự di chuyển của Mặt Trời từ Đông sang Tây như la bàn. Các viên phân tròn di chuyển theo hướng Mặt Trời rồi biến mất dưới lòng đất (bọ hung chôn phân trước khi đẻ trứng) đã khiến người Ai Cập liên tưởng đến thần Mặt Trời, và để vinh danh công lao dọn dẹp, họ đã phong cho bọ hung danh hiệu 'người dẫn đường cho thần Mặt Trời'.

Chúng ta thường không nhận ra rằng lợi ích lớn nhất của côn trùng chính là những loài ăn côn trùng. Nhiều loài như châu chấu sinh sản nhanh chóng, có thể bao phủ Trái Đất trong một mùa sinh sản. Tuy nhiên, hàng trăm loài côn trùng khác lại tiêu diệt trứng của châu chấu hoặc cả con trưởng thành. Vai trò này thường được gán cho chim, nhưng thực ra côn trùng mới chính là những sinh vật quan trọng trong việc kiểm soát các loài có hại. Các loài ong bắp cày đóng vai trò ký sinh hoặc thiên địch giúp kiểm soát các loài có hại. Sự phụ thuộc vào thuốc trừ sâu có thể phản tác dụng, vì thực tế côn trùng đã tự kiểm soát lẫn nhau và quần thể có hại. Do đó, việc sử dụng thuốc độc có thể dẫn đến sự bùng phát dịch hại mới.

Phân loại

Phân lớp: Apterygota (Không cánh)

• • Bộ Archaeognatha (Côn trùng nguyên thủy)
  • Bộ Thysanura (Đuôi tơ, Ba đuôi, Anh vĩ)
  • Bộ Monura (Độc vĩ, Một đuôi) đã tuyệt chủng

Phân lớp: Pterygota (Côn trùng có cánh)

• • Bộ Ephemeroptera (Phù du)
  • Bộ Odonata (Chuồn chuồn)
  • Bộ Diaphanopteroidea - đã tuyệt chủng
  • Bộ Palaeodictyoptera - đã tuyệt chủng
  • Bộ Megasecoptera - đã tuyệt chủng
  • Bộ Archodonata - đã tuyệt chủng
• Siêu bộ: Neoptera (Cánh mới)
  • Bộ Blattodea (Gián)
  • Isoptera (Bộ Đẳng cánh-Cánh Đều: Mối. Có ý kiến cho rằng mối thuộc bộ gián-Blattodea)
  • 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)
• Siêu bộ: Exopterygota (Cánh ngoài)
  • Bộ Psocoptera (Rệp sáp, Mọt)
  • Bộ Thysanoptera (Cánh viền, Bọ trĩ)
  • Bộ Phthiraptera (Rận, chấy)
  • Bộ Hemiptera (Cánh nửa)
• Siêu 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: Ruồi, Muỗi)
  • Bộ Trichoptera (Cánh lông)
  • Bộ Lepidoptera (Cánh vẩy: Bướm, Ngài, Nhậy)
  • Bộ Hymenoptera (Cánh màng: Ong, Kiến)
  • Bộ Miomoptera - đã tuyệt chủng
  • Bộ Protodiptera (Hai cánh nguyên thủy) đã tuyệt chủng

Hóa thạch và tiến hóa

Mối quan hệ giữa các nhóm côn trùng vẫn chưa được xác định rõ ràng. Mặc dù có quan điểm cho rằng côn trùng có liên quan đến những loài đa chân như côn trùng nhiều chân & côn trùng một chân, nhưng bằng chứng hiện tại chỉ ra rằng côn trùng có mối liên hệ gần gũi hơn với giáp xác. Các hóa thạch côn trùng đã được phát hiện từ kỷ Carbon, khoảng 350 triệu năm trước, bao gồm nhiều bộ côn trùng đã tuyệt chủng và một số loài lớn hơn nhiều so với những loài hiện nay. Dữ liệu về các côn trùng bay còn hạn chế vì những côn trùng có cánh sớm nhất đã có khả năng bay. Hiện tại, người ta cho rằng cánh của côn trùng phát triển từ các mang biến đổi và một số côn trùng có hai cặp cánh nhỏ gắn vào đốt ngực thứ nhất, tổng cộng ba cặp cánh.

Trong kỷ Permi, cách đây khoảng 270 triệu năm, các nhóm côn trùng phát triển mạnh mẽ, nhưng nhiều nhóm đã tuyệt chủng trong sự kiện tuyệt chủng lớn kỷ Permi - Trias, sự kiện tuyệt chủng lớn nhất trong lịch sử Trái Đất. Các loài côn trùng có cánh màng thích nghi tốt nhất ở kỷ Creta và tiếp tục đa dạng hóa trong đại Tân Sinh.

Nhiều loài côn trùng hiện nay đã phát triển từ đại Tân Sinh. Trong thời kỳ này, côn trùng được bảo tồn trong hổ phách, một điều kiện lý tưởng cho việc so sánh với các loài hiện tại. Khoa học nghiên cứu hóa thạch côn trùng được gọi là paleoentomology.

Quan hệ với con người

Nhiều loài côn trùng được xem là gây hại cho con người. Những loài côn trùng gây hại bao gồm ký sinh trùng (như muỗi, chí, rệp), truyền bệnh (như muỗi, ruồi), gây thiệt hại (như mối) hoặc phá hoại nông sản (như cào cào, mọt ngũ cốc). Các nhà nghiên cứu côn trùng đã thực hiện nhiều phương pháp kiểm soát dịch hại, bao gồm nghiên cứu phát triển thuốc trừ sâu, nhưng hiện nay ngày càng ưu tiên phương pháp sinh học như sử dụng thiên địch. Phương pháp sinh học áp dụng một sinh vật để giảm số lượng sinh vật khác gây hại và là một phần quan trọng của quản lý dịch hại tổng hợp. Tuy nhiên, các phương pháp này có thể ảnh hưởng đến thiên địch. Việc sử dụng thuốc trừ sâu không kiểm soát có thể giết chết nhiều loài trong hệ sinh thái, bao gồm cả những loài ăn côn trùng như chim, chuột và các loài khác. Ví dụ điển hình là việc sử dụng DDT đã gây hại cho động vật hoang dã và giết chết nhiều thiên địch.

Những kỷ lục ấn tượng về côn trùng

Côn trùng khổng lồ nhất trên thế giới là: Bọ cánh cứng Goliath.

Côn trùng nhanh nhất trên mặt đất là: Bọ hổ Úc.

Côn trùng bay nhanh nhất trên thế giới là: Chuồn chuồn.

Côn trùng nhỏ nhất trên thế giới là: Mymaridae.

Loài côn trùng nguy hiểm nhất toàn cầu là: Muỗi.

Côn trùng thông minh nhất là: Ong, Kiến và Gián.

Côn trùng kém vệ sinh nhất là: Ruồi.

Côn trùng có vẻ ngoài đáng ghét nhất là: Bọ hung.

Côn trùng đẹp nhất là: Bướm công dải xanh.

Loài côn trùng có nọc độc đau nhất: Tò vò đao phủ thuộc bộ Cánh màng.