Cụn trựng là nhúm thành đạt nhất của chõn khớp bởi vỡ nhiều loài trong chỳng thớch nghi rất cao với đời sống trờn cạn. Phần này mụ tả cấu trỳc và cỏc hoạt động sống của cụn trựng, qua đại diện chõu chấu, để giải thớch những đặc điểm thớch nghi rất quan trọng làm cho cỏc loài cụn trựng cú khả năng phỏt triển rất nhanh chúng khắp mọi nơi, thậm chớ cả những sinh cảnh trờn cạn khụ hạn nhất.
Đặc điểm ngoài:
Hỡnh 2.16 minh hoạđại diện chõu chấu sa mạc - Schistocerca gregaria. Cú thể thấy rằng, mỗi vựng cơ thể chuyờn hoỏ cho những chức năng riờng. Sự đầu hoỏ cao với hệ thần kinh, cỏc cơ quan cảm giỏc và bộ mỏy dinh dưỡng đều tập trung ở đầu. Cỏc cơ quan cảm giỏc đỏng chỳ ý nhất là rõu và mắt kộp lớn, mặc dự cũng cú cỏc mắt đơn.
Đốt ngực được chuyờn hoỏ cho vận động, gồm 3 đốt và mỗi đốt cú một đụi chõn khớp. Cả 3 cặp chõn này đều cú gai và múc giỳp cho việc bỏm chặt khi đi và bũ, cũn hai chõn sau lớn thớch nghi cho nhảy. Cú hai đụi cỏnh.
Hai cỏnh trước dài, hẹp phủ lờn hai cỏnh sau, trừ khi bay. Cỏc mảnh cứng ở lưng của đốt ngực thứ nhất được mở rộng để hỡnh thành nờn một cấu trỳc gọi là tấm lưng ngực trước. Tấm này kộo dài vố phớa sau và phủ lờn gốc của cỏnh trước.
27
Chõu chấu cú phần bụng lớn, chứa cỏc cơ quan tiờu hoỏ, bài tiết và sinh dục. Mỗi đốt được bảo vệ bởi hai tấm lưng cong, gọi là tấm lưng, cỏc tấm này che phủ lờn mặt lưng, cũn tấm ức che phủ lờn mặt bụng. Chỳng liờn kết với nhau bởi cỏc nếp gấp cuticun mềm, để cú thể cửđộng và kộo dài ra. Cỏc lỗ thở là cỏc lỗ mở ra bờn ngoài của ống khớ.
Dinh dưỡng và tiờu hoỏ
Chõu chấu cú cỏc phần phụ miệng chuyờn hoỏ để cắn và nghiền cỏc chất liệu là thực vật. Nhưđó mụ tảở hỡnh 2.16B cỏc phần phụ miệng gồm một mảnh mụi trờn dạng nắp tỳi và một mảnh mụi dưới, với một đụi hàm trờn màu đen bong loỏng cú cỏc gờ lớn để nghiền và cắn, và một đụi hàm thứ hai gọi là hàm dưới, nằm giữa hai mảnh mụi này. Mảnh mụi trờn và hàm dưới cú cỏc phần phụ khớp động gọi là xỳc biện, được sử dụng để sờ mú và đỏnh giỏ mựi vị thức ăn trước khi cắn xộ vật mồi ra từng mảnh nhỏ. ở giai đoạn nghiền sau đú, thức ăn được cho tẩm ướt bằng nước bọt, trước khi chuyển vào qua miệng.
Ruột của chõu chấu gồm 3 phần chớnh (xem hỡnh 2.16C). Ruột trước được lút bởi cuticun và gồm cú thực quản, diều và mề. Cỏc thức ăn ăn vào được chứa trong diều. Tại đõy, thức ăn được tiờu hoỏ một phần nhờ enzym amylaza của nước bọt. Mề là bộ phận nghiền thức ăn tớch cực, bờn trong cú cỏc nếp cuticun với nhiều răng rất nhỏ trờn mặt. Từđõy, thức ăn di vào ruột giữa, là một ống ngắn được lút bởi cỏc tế bào nội bỡ. Đõy là phần tiờu hoỏ và hấp thụ quan trọng nhất. ởđầu trước ruột giữa cú cỏc ống nhỏnh được gọi là ruột bớt (tỳi hạ vị) cú vai trũ sản xuất ra cỏc enzym và làm tăng diện tớch hấp thụ. Khi thức ăn từ mềđi vào ruột giữa, thức ăn được bao lại trong một ống kitin cú nhiều lỗ nhỏ, gọi là màng tiờu hoỏ. Màng này cho cỏc enzym và cỏc chất dinh dưỡng thấm qua nhưng lại cú khả năng bảo vệ cỏc tế bào nội bỡ khỏi bị tổn thương do cọ xỏt. Màng này được tiết ra liờn tục và tạo nờn khớp màng ngoài bao phủ lờn phõn, Khi phõn đi qua ruột cuối và ruột thẳng của ruột sau, nước được giữ lại làm cho phõn thải ra ngoài hoàn toàn khụ.
Bài tiết
Hệ bài tiết của chõu chấu bao gồm cỏc ống Malpighi. Khi giải phẫu, cỏc ống này cú cấu tạo giống như cỏc sợi chỉ mảnh nhỏ màu hồng bỏm vào đầu cuối ruột giữa, tại điểm chuyển tiếp giữa ruột giữa và ruột sau (hỡnh 2.16C). Cỏc ống này phỏt triển rộng khắp xoang cơ thể. Cuối cỏc ống này bị bịt kớn, nhưng chỳng hấp thụ được cỏc sản phẩn chất thải nitơ như urat natri và urat kali từ mỏu. Cơ trờn thành cỏc ống này làm rung động mỏu và tạo ra vận động kiểu nhu động. Khi chất dịch bờn trong cỏc ống này chảy tới ruột, dioxit cacbon được tiết ra, tạo nờn mụi trường axit thuận lợi cho sự lắng đọng axit uric ở thể rắn. Chất thải dạng bột nh•o chứa cỏc tinh thể axit uric được chuyển đến ruột sau. Tại đõy nước được giữ lại.
Hình 2.16. Cấu tạo cơ thể và các hệ cơ quan của Châu chấu
Khả năng tiờu hoỏ và bài tiết khụng bị mất nước ở chõu chấu là những đặc điểm thớch nghi quan trọng đối với đời sống trờn cạn. Chõu chấu khụng uống nước. Chỳng nhận nước qua thức ăn mà chỳng ăn vào hoặc “nước trao đổi chất” được tạo ra khi hụ hấp. Một số cụn trựng, như mọt gỗ chỉăn gỗ khụ, gần như hoàn toàn sống bằng nước trao đổi chất, đú những thớch nghi hiệu quả chống lại sự mất nước.
29
Sự thớch nghi quan trọng khỏc đối với đời sống trờn cạn là cú một hệ thống trao đổi khớ hiệu quả. ở cỏc cụn trựng, nú là một mạng lưới cỏc ống phõn nhỏnh gọi là hệ thống ống khớ (hỡnh 2.16D). Cỏc ống khớ lớn được lút bởi cuticun và cú cỏc vũng kitin dày để nõng đỡ. Từ cỏc lỗ mở ra bờn ngoài của chỳng, khớ đi vào qua hệ thống cỏc tỳi khớ, rồi vào cỏc ống nhỏ hẹp hơn nhiều gọi là cỏc tiểu ống khớ. Cỏc tiểu ống khớ cú thành ống thấm qua được, nhưng khụng lút bằng cuticun và ớt nhất một phần cú chứa dịch. Chỳng len lỏi đến khắp mọi nơi trong cơ thể. Oxy từ khụng khớ hoà tan trong dung dịch và được chuyển đến cỏc tế bào mụ, cũn CO2 do hụ hấp tạo ra được chuyển theo hướng ngược lại.
Hệ thống này tiến hành trao đổi khớ nhờ hoạt động cơở phần bụng cú sự phối hợp với việc đúng và mở cỏc lỗ thở. Khụng khớ đi vào qua cỏc lỗ thởở phớa trước và đi ra ngoài qua cỏc lỗ thởở phớa sau. Vào cỏc thời điểm khỏc, cỏc van của lỗ thởđúng lại để trỏnh mất nước.
Cỏc cơ chế trao đổi khớ của cụn trựng như vậy đó khụng cần đến sự phỏt triển cao của hệ tuần hoàn nữa. Cỏc cụn trựng cú hệ tuần hoàn hở và cỏc cơ quan trực tiếp ngập trong mỏu. Cấu tạo chủ yếu là tim cú dạng ống. Tim thu nhận mỏu từ xoang mỏu và bơm mỏu lờn phớa đầu. Mỏu thấm qua cỏc khoảng trống giữa cỏc mụ và chảy chầm chậm trở về phớa bụng.
Hoạt động bay
Khả năng bay là rất quan trọng. Nú cho phộp cụn trựng trốn thoỏt khỏi kẻ thự, khai thỏc được cỏc nguồn thức ăn mới, chiếm cứ cỏc nguồn sống mới và tỡm kiếm “bạn tỡnh” dễ dàng hơn.
Cú hai cơ chế bay tương đối khỏc nhau. ở chõu chấu và cỏc cụn trựng như chuồn chuồn, cỏc cơ bỏm trực tiếp vào gốc cỏnh tạo ra lực đẩy chủ yếu. Cỏnh đập tương đối chậm, ở chấu chấu là 20 lần trong một giõy và cỏc cỏnh trước và cỏc cỏnh sau cú xu hướng đập theo nhịp khỏc nhau. ở nhúm thứ hai, bao gồm phần lớn cụn trựng, cỏc cơ bỏm trực tiếp được sử dụng để thay đổi gúc cỏnh trong khi bay hoặc xếp cỏnh lại trong khi nghỉ, nhưng lực tạo ra khụng mạnh lắm. Thay vào đú, cỏnh hoạt động nhờ cỏc cơ khụng bỏm trực tiếp vào gốc cỏnh. Cỏc cơ giỏn tiếp này khi hoạt động làm thay đổi hỡnh dạng của đốt ngực. Cỏc cụn trựng cú cơ bay giỏn tiếp thường đập cỏnh nhanh. Vớ dụ, ong mật đập cỏnh 250 lần trong một giõy.
Động tỏc nõng cỏnh nhờ cỏc cơ nõng thẳng đứng. Cỏc cơ này kộo dài từ gốc phần ngực tới tấm lưng di động cũng ở phần ngực. Hoạt động của cỏc cơ hạ cỏnh ớt rừ ràng hơn. Cỏc cơ này chạy từ trước ra sau ở bờn trong đốt ngực và khi cỏc cơ này co làm cho vũm đốt ngực cong lờn theo gốc cỏnh. ở nhiều nhúm cụn trựng, cặp cỏnh thứ hai bị giảm đi về kớch thước, như ong bắp cày và ong (bộ cỏnh màng Hymenoptera). ở ruồi, ruồi nhuế và muỗi (bộ Hai cỏnh Diptera), cỏnh sau bị tiờu giảm thành cỏc cơ quan thăng bằng nhỏ cú dạng dựi cui, gọi là cỏnh thuỳ, trong khi ở cỏnh cứng (bộ Cỏnh cứng Coleoptera), cỏc cỏnh trước được biến đổi thành cỏc cỏnh cứng cú chức năng bảo vệ và chỉ cú cỏc cỏnh sau đập nhanh để bay mà thụi.
Cỏc cơ quan cảm giỏc và tập tớnh
Để phối hợp cỏc hoạt động phức tạp cần thiết phải cú cỏc cơ quan cảm giỏc tinh vi và hệ thần kinh phỏt triển cao. ở chõu chấu, hệ thần kinh gồm một đụi dõy thần kinh bụng cú nhiều thõn tế bào thần kinh tập trung thành cỏc hạch thần kinh (hỡnh 2.16E).
Một số hạch tập hợp lại thành n•o giỳp cho việc thu thập thụng tin từ cỏc cơ quan cảm giỏc và điều khiển hoạt động của cơ thể một cỏch thớch hợp.
Chõu chấu cú cỏc cơ quan cảm giỏc phỏt triển cao. Nú cú hai mắt kộp lớn mỗi mắt gồm hàng ngàn mắt đơn sỏu cạnh, mỗi ụ mắt là một đơn vị thị giỏc hoàn chỉnh, cỏch biệt với cỏc ụ mắt lõn cận bởi cỏc tế bào sắc tố. Cỏc tia sỏng thường nhận được trờn một gúc rất hẹp (1-2o) để tạo nờn hỡnh ảnh ghộp hoặc ảnh “khảm”. Tiờu cự mắt cố định, nhưng mắt cú khả năng phỏt hiện rất nhạy cảm cỏc vật cửđộng. Cỏc mắt đơn cú cấu tạo tương tự như từng ụ mắt. ở nhiều cụn trựng trưởng thành, cỏc mắt đơn cựng cú mặt với mắt kộp, nhưng chức năng của chỳng vẫn chưa biết được đầy đủ.
Rõu và cỏc phần phụ và chõn của chõu chấu đều được bao phủ bởi cỏc lụng cứng nhỏ mịn, gọi là lụng cảm giỏc. Cỏc lụng cảm giỏc cũng được phõn bố trờn bề mặt cơ thể. Cú cỏc loại lụng cảm giỏc khỏc nhau đúng vai trũ xỳc giỏc, khuấy động khụng khớ và cảm nhận kớch thớch hoỏ học. Hoạt động bay bắt đầu khi một con chõu chấu bị buộc vào sợi dõy được nhấc dần lờn cho đến khi chõn của nú rời ra khỏi bề mặt bỏm. Nếu vẫn cứ treo lơ lửng thỡ chõu chấu sẽ ngừng bay một lỳc, nhưng cú thể làm cho nú lại bắt đầu bay bằng cỏch thổi một luồng hơi hướng lờn phớa đầu của nú. Cả hai phản ứng này đều là những phản xạ do sự kớch thớch cỏc lụng xỳc giỏc gõy ra.
Một số lụng cảm giỏc cú thể phỏt hiện được cỏc chấn động õm thanh, nhưng chõu chấu cũng cú thờm cấu trỳc để nghe gọi là màng thớnh giỏc. Đú là một màng mỏng, nằm trờn thành cơ thểở một bờn đốt bụng thứ nhất. Cỏc súng õm thanh làm rung màng này và kớch thớch cỏc tế bào cảm giỏc tạo ra cỏc xung thần kinh. Chức năng quan trọng nhất của màng thớnh giỏc là phỏt hiện những “bài ca” đầy quyến rũ do chõu chấu đực phỏt ra bằng cỏch cọ sỏt cỏc khớa răng cưa ở chõn vào mộp cỏnh.
Vũng đời
Cỏc cụn trựng thuộc hai nhúm trong phõn lớp cú cỏnh Pterygota cú vũng đời khỏc nhau rừ rệt. Chõu chấu biểu hiện biến thỏi khụng hoàn toàn. Cỏc giai đoạn non của chỳng gọi là sõu non hay thiếu trựng (nymphs), giống với cỏ thể trưởng thành, cú mắt kộp, cú chõn khớp và cú mầm cỏnh phỏt triển ngoài (hỡnh 2.17A). Cỏc giai đoạn giữa cỏc lần lột xỏc gọi là tuổi sõu (instar).Sõu non tuổi một nở ra từ trứng và phải trải qua lột xỏc để trở thành sõu non tuổi hai và cứ tiếp tục như vậy để thành tuổi tiếp theo. Cỏc cỏ thể chớn sinh dục là giai đoạn tuổi thứ năm. Sau khi ghộp đụi, con cỏi dựng bụng bới đất và đẻ tới 100 trứng cựng chất tiết dạng bọt. Sau đú chất tiết này cứng lại tạo thành vỏ trứng. Phụ thuộc vào nhiệt độ khỏc nhau, toàn bộ vũng đời cú thểđược hoàn thành từ 50 đến 70 ngày.
31
Cỏc cụn trựng biến thỏi hoàn toàn trong vũng đời cú giai đoạn nhộng (pupa) mà trong giai đoạn này xảy ra sự biến thỏi hoàn toàn. Chỳng gồm bướm đờm, bướm, cỏnh cứng, ruồi và hầu hết cỏc nhúm cụn trựng tương tự khỏc. Cỏc giai đoạn non gọi là ấu trựng và thường khỏc hoàn toàn với cỏc cỏ thể trưởng thành. Chỳng thiếu nhiều cấu trỳc cú ở cỏ thể trưởng thành, như chõn khớp và mắt kộp và thường bị tiờu giảm chỉ cũn bộ mỏy dinh dưỡng cú chức năng chủ yếu là tỡm kiếm và tiờu thụ thức ăn. Một khi nú đó đạt tới kớch thước nhất định, ấu trựng ngừng dinh dưỡng và tự bao kớn mỡnh trong một cỏi tổ bảo vệđể rồi trở thành nhộng. ở trong tổ, cỏc mụ của ấu trựng bị phỏ vỡ và được cấu trỳc lại để hỡnh thành cơ thể trưởng thành. Cỏc mầm cỏnh phỏt triển ở bờn trong và khụng lộ ra cho đến khi ở giai đoạn nhộng.
Cỏc kiểu vũng đời như vậy cú hai ưu điểm chớnh. Trước hết, cỏc giai đoạn ấu trựng và trưởng thành cú thể trở nờn chuyờn hoỏ cao đối với cỏc chức năng riờng biệt, nghĩa là chức năng dinh dưỡng ởấu trựng và sinh sản ở giai đoạn trưởng thành. Thứ hai, hai giai đoạn này cú thể khai thỏc được cỏc nguồn thức ăn khỏc nhau và cú ổ sinh thỏi hoàn toàn khỏc nhau, trỏnh được sự cạnh tranh giữa chỳng.