Buzz
Màu kem nhạt và chỉ vài centimet mét dài, con sâu bông không trông có vẻ nhiều. Nhưng trên khắp thế giới, con bướm di động này khiến nông dân hoảng sợ. Các con cái có thể đẻ hàng trăm quả trứng một lần, nở thành những ấu trùng đói ăn. Chúng không chỉ ăn bông, mà còn ăn đậu nành, cà chua, bắp ngọt, ớt và nhiều loại cây trồng khác, thậm chí là hoa, mô phôi, trái cây và hạt. Một mùa màng có thể bị tiêu diệt nhanh chóng.
Mỗi năm, côn trùng như con sâu bông phá hủy hơn 20% mùa màng trên thế giới. Nông dân đối mặt bằng cách sử dụng thuốc trừ sâu, nhưng một số loại có hại cho sức khỏe của chúng ta, và nhiều loại làm hại đến các hệ sinh thái xung quanh. Rõ ràng, cần có những phương pháp kiểm soát sâu bệnh thân thiện với môi trường hơn, và có một giải pháp có thể sắp đạt được ưu tiên: nhắm đến tri giác tình dục của những loài gây hại này.
Côn trùng cái có thể thu hút đối tác trong bóng tối hoàn toàn mà không cần bất kỳ tín hiệu âm thanh nào, và trên hàng trăm mét—đôi khi là hơn một kilômét—bằng cách sử dụng các loại feromon tình dục. Các con trống theo dõi mùi của những tín hiệu hóa học này và giao phối với những con cái chúng được dẫn đến, sau đó đẻ ra những ấu trùng đói ăn. Đó là một quyền lực hóa học đáng kinh ngạc—và có thể được khai thác.
“Chúng ta có thể áp dụng các hợp chất feromon nhân tạo vào cánh đồng, sẽ được phát ra khắp nơi trong không khí và che phủ tín hiệu gốc từ cái đực thực sự,”, nói Hong-Lei Wang, một nhà nghiên cứu trong nhóm feromon tại Đại học Lund ở Thụy Điển. Lớp che phủ này của mùi hương tình dục làm cho đực khó tìm thấy cái cái để giao phối, ông giải thích, và do đó, dân số côn trùng giảm, có nghĩa là ít sâu bệnh hơn trong khu vực gây hại mùa màng.
Nông dân đã sử dụng feromon nhân tạo theo cách này từ nhiều thập kỷ trước—nhưng cho đến nay, chi phí đã hạn chế việc sử dụng chúng rộng rãi. Việc tạo ra feromon nhân tạo khá tốn kém, vì vậy chỉ khiến ý nghĩa kinh tế khi sử dụng chúng để bảo vệ cây trồng có giá trị cao, như trái cây. Nhưng bây giờ Wang và đồng nghiệp của ông đã tìm ra cách sản xuất feromon một cách phù hợp về chi phí và bền vững để thu hút sâu bệnh ăn cây trồng rẻ tiền, như cải và đậu, mở ra cánh cửa cho việc kiểm soát sâu bệnh dựa trên feromon được sử dụng rộng rãi hơn.
Trong một bài báo xuất bản trên Tính bền vững của Tự nhiên, nhóm đã chỉ ra cách tạo ra lượng lớn hai loại feromon quan trọng từ một loại cây hạt dầu. Sau đó, họ đã chứng minh rằng feromon nhân tạo hoạt động tốt trong các thử nghiệm mắc kẹt hàng loạt cũng như trong việc làm gián đoạn quá trình giao phối của con sâu bông.
“Điều đầu tiên là xác định các con đường sản xuất feromon trong côn trùng,”, Christer Löfstedt, cộng tác viên của nghiên cứu và giáo sư zoology chức năng tại Lund, nói. Điều này được thực hiện bằng cách nhìn vào gen của côn trùng để tìm ra những gen kiểm soát sự sản xuất của feromon tình dục mong muốn. Sau đó, nhóm đã đưa các gen này vào một nền tảng sinh học khác—trong nghiên cứu này là cây hạt dầu, mặc dù men bia cũng sẽ hoạt động—để nó có thể sản xuất feromon tình dục theo quy mô. Cuối cùng, hợp chất được tách rời và làm sạch để sẵn sàng để thử nghiệm trên cánh đồng.
Cho thí nghiệm, feromon thu được từ cây mới đã được thử nghiệm trên cánh đồng bằng cách sử dụng máy phát feromon, với hiệu quả được so sánh với feromon tổng hợp thông thường. Cả hai phiên bản đều hiệu quả như nhau trong việc mắc kẹt côn trùng và làm gián đoạn quá trình giao phối của chúng, thể hiện qua sự giảm số lượng con đực côn trùng theo thời gian. Điều này đã chứng minh rằng feromon thu được từ cây là một lựa chọn thay thế khả thi cho feromon nhân tạo được sử dụng truyền thống.
Chứng minh rằng cách sản xuất feromon này hoạt động và chúng hiệu quả đã mất gần một thập kỷ. “Chúng tôi đang xem xét quy mô hóa quy trình và giới thiệu chúng vào thị trường,”, Christer Löfstedt nói. Nghiên cứu này cũng mở ra cánh cửa để sử dụng làm gián đoạn tình dục để bảo vệ cây trồng khác khỏi sâu bệnh. “Nên có thể sử dụng feromon cũng trong sản xuất mía và đậu nành,”, Christer Löfstedt nói.
Điều đẹp với feromon là chúng không giết chết côn trùng, mà chỉ ảnh hưởng đến hành vi của chúng. Điều này khiến chúng thân thiện với môi trường hơn so với thuốc trừ sâu, thường làm diệt nhiều loài không phải là mục tiêu, giải thích bởi Srinivasan Ramasamy, một chuyên gia côn trùng hàng đầu tại Tổ chức Phi lợi nhuận Trung tâm Rau Quả Thế giới. Thuốc trừ sâu thường được tìm thấy trong đất, không khí, nước và trên các sinh vật không phải là mục tiêu trong hệ sinh thái của chúng ta. Chúng có thể gây hại cho cây cỏ và động vật, từ vi sinh vật đất có lợi và côn trùng như ong, loài cản thụ phấn, nhện và ve—đến cây cỏ, cá, chim và các loài động vật hoang dã khác.
Côn trùng cũng phân biệt xem tín hiệu feromon có phải từ loài của chúng không, có nghĩa là bạn có thể nhắm vào chu kỳ sinh học của sâu bệnh cụ thể mà không làm ảnh hưởng đến côn trùng khác. “Sự chuyên biệt là một đặc điểm rất rõ ràng của hệ thống feromon,”, Hong-Lei Wang nói.
Không chỉ là tin vui cho rất nhiều loại côn trùng, mà còn là cho nông dân và người tiêu dùng. Feromon côn trùng không độc hại đối với con người, đó là một lợi ích thực sự cho người lao động nông nghiệp. “Đã được chứng minh rằng thuốc trừ sâu thông thường ảnh hưởng tiêu cực đến, ví dụ như, khả năng sinh sản của người lao động nông nghiệp,” Christer Löfstedt giải thích. Một số loại thuốc trừ sâu nhắm vào hệ thống cơ thể trong côn trùng có sự tương đồng với hệ thống cơ thể của con người, chẳng hạn như các dẫn truyền thần kinh. “Khi bạn tiếp xúc với thuốc trừ sâu, chúng có thể ảnh hưởng đến cơ thể của bạn,”, Srinivasan Ramasamy nói.
Và quan trọng nhất, côn trùng không tiến hóa sự chống lại tín hiệu giao tiếp của chúng, Christer Löfstedt nói, trong khi chúng tiến hóa sự chống lại thuốc trừ sâu. Việc sử dụng lặp lại của một gia đình thuốc trừ sâu thường dẫn đến sự thích nghi của côn trùng và không còn phản ứng với những hóa chất giống nhau đó, có nghĩa là cần phải sử dụng liều lượng ngày càng cao để có hiệu quả—with hậu quả môi trường đáng kể.
Nhưng thậm chí nếu kỹ thuật được mở rộng, sẽ có giới hạn về cách nó có thể được sử dụng. Sự hợp tác giữa các nông dân láng giềng cũng là chìa khóa, vì gián đoạn giao phối hoạt động tốt nhất nếu diện tích lớn được xử lý. Sâu bệnh cái có thể giao phối ngoài cánh đồng, sau đó di chuyển và đẻ trứng sau. “Thường không thành công khi xử lý một khu vườn nhỏ với feromon,”, Christer Löfstedt nói.
Cũng có quy định cần vượt qua. Việc đó là một công nghệ biến đổi gen (GMO) có thể làm trở ngại lớn và cũng làm tăng chi phí, Srinivasan Ramasamy cảnh báo. “Ở hầu hết các quốc gia, sản xuất GMO có thể không đắt đỏ lắm, nhưng hồ sơ quy định mà họ phải trải qua đòi hỏi nhiều đầu tư,”, ông nói. Trên thực tế, các quy tắc nghiêm ngặt về việc sử dụng GMO ở châu Âu có thể đồng nghĩa với việc châu lục này sẽ bỏ lỡ những sản phẩm này, Christer Löfstedt nói.
Cuối cùng, còn có những giới hạn sinh học đối với việc sử dụng feromon rộng rãi—đó không phải là một lựa chọn cho tất cả các loại sâu bệnh. “Không phải tất cả các loài côn trùng đều có feromon tình dục,”, Christer Löfstedt giải thích, và một số loài có sản xuất hợp chất phức tạp không dễ dàng để kỹ thuật sinh học. Trong một số trường hợp, feromon tình dục được tạo thành từ hai hoặc ba hợp chất. “Sau đó, bạn cần có hai hoặc ba loại cây được biến đổi gen để sản xuất và đặt dưới cơ chế quy định,”, Srinivasan Ramasamy nói.
Thực tế là để nông nghiệp trở nên bền vững, có thể cần sự kết hợp của các kỹ thuật kiểm soát sâu bệnh—như thuốc trừ sâu thực vật được làm từ nấm hoặc virus và các loại cây chống sâu bệnh, sử dụng cùng với feromon được kỹ thuật sinh học. Nhưng hiện tại, cuộc cạnh tranh kiểm soát sâu bệnh là khốc liệt: Thuốc trừ sâu dễ dàng tiếp cận, dễ áp dụng, loại bỏ nhiều loại côn trùng, và tương đối rẻ. “Nếu chúng ta áp dụng năm thành phần khác nhau trong một chương trình quản lý sâu tích hợp, thì nông dân sẽ nói, ‘Không, xin lỗi,’” Srinivasan Ramasamy nói. Chìa khóa sẽ là tìm ra một giải pháp bền vững và đồng thời giữ mọi thứ đơn giản, ông gợi ý.
Tuy nhiên, Löfstedt khẳng định rằng feromon được trồng từ cây có thể là một phần quan trọng của kiểm soát sâu bệnh trong tương lai. “Đó là hóa học xanh, được thúc đẩy bởi năng lượng mặt trời,”, ông nói—một điểm cộng khác nữa. Nếu chúng ta muốn bền vững và bảo vệ động vật hoang dã, mùa màng và sức khỏe con người, thì chúng ta cần tìm ra các phương pháp kiểm soát sâu bệnh như thế này có thể được mở rộng một cách có thực tế để giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu—và đảm bảo rằng điều đó xảy ra. Điều này là trách nhiệm của chúng ta để “sử dụng tri thức sinh học và các phương pháp kiểm soát khác nhau một cách hợp lý với tự nhiên.”
