Côn trùng và "tam tai" của cỏ cây

Ảnh: Keith Ewing và Frank Peairs/Colorado State University

Thực vật trên cạn hiện chiếm đến 80% tổng sinh khối toàn cầu, còn côn trùng tuy bé nhỏ nhưng mức độ đa dạng của loài thì không ai sánh kịp. Trải qua mấy trăm triệu năm tiến hóa cùng nhau, cả hai đã duy trì một thỏa thuận tinh tế: côn trùng thụ phấn để thực vật có hoa sinh sôi, đổi lại thức ăn và chỗ trú ẩn. 

Thế nhưng, cỏ cây hiện đang chịu ba tai vạ một lúc, tất cả đều có nguyên nhân liên quan đến việc số lượng sụt giảm của côn trùng trên thế giới.

Những con sâu đói

Một nhóm nghiên cứu do Lauren Azevedo-Schmidt của Đại học Wyoming (Mỹ) dẫn đầu đã so sánh mức độ thiệt hại do côn trùng để lại trên hai đối tượng "tuy gần mà xa": lá cây tươi của thời hiện đại và lá cây hóa thạch của kỷ Phấn trắng muộn. So với gần 67 triệu năm trước, sức công phá của côn trùng thời nay - nào đục lỗ, nào chích hút, nào ăn trụi lá - đã gia tăng mạnh mẽ.

Hệ quả đối với thực vật và cộng đồng rừng vẫn còn là dấu chấm hỏi. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để tìm lời giải thích chính xác cho sự háu ăn không ngừng tăng của côn trùng, song các nhà khoa học đã khoanh vùng ba "nghi phạm": khí hậu ấm lên, đô thị hóa và sự xâm lấn của các loài ngoại lai.

"Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng con người đã gây ảnh hưởng đến tần suất phá hoại và tính đa dạng của [côn trùng] trong những cánh rừng thời hiện đại, với phần lớn tác động của con người xảy ra sau Cách mạng Công nghiệp" - nhóm nghiên cứu viết trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Những chiếc lá Platanus mysidentalis hiện đại (trái) và hóa thạch (phải) với vết tích phá hoại của côn trùng. Ảnh: Lauren Azevedo-Schmidt

Phù hợp với giả thuyết này, các mẫu thực vật khô từ đầu những năm 2000 có tỉ lệ xuất hiện "thương tật" cao hơn các mẫu của đầu thập niên 1990 (chênh nhau đến 23%).

Một mặt, sự ấm lên nhanh chóng của hành tinh đang ảnh hưởng đến tốc độ sinh sản, phát triển và sức ăn của côn trùng. Năm 2018, các nhà khoa học Mỹ dự báo nếu Trái đất tăng thêm 1oC thì tình trạng côn trùng phá hoại mùa màng sẽ tăng thêm 10% đến 25%. Điều đáng nói là sâu hại vốn đã và đang tàn phá 40% sản lượng cây trồng toàn cầu.

Mặt khác, cái nóng đang đẩy côn trùng tiến về hai cực. Chẳng hạn quần thể sâu keo mùa thu, còn gọi là sâu keo hại ngô, đã mở rộng phạm vi hoạt động do biến đổi khí hậu, theo một báo cáo của Liên Hiệp Quốc năm 2021. Hay rệp khiên xanh từng bị cô lập ở các khu vực ấm áp thuộc Bắc Mỹ, Địa Trung Hải, Trung Đông, Úc và châu Phi đã xuất hiện ở Vương quốc Anh - nơi lạnh lẽo mà về lý thuyết không thích hợp làm nhà - từ vài năm trước. Kể từ đó, nông dân Anh có thêm một mối lo.

Thế nhưng, biến đổi khí hậu không cung cấp câu trả lời đầy đủ. Tương tác giữa thực vật và côn trùng còn bị chi phối bởi cách con người tương tác với ngoại cảnh, theo nhóm của Azevedo-Schmidt. Có thể số lượng côn trùng đang gia tăng cục bộ trong các khu rừng được nghiên cứu vốn bị bao vây bởi đường sá, nhà ở và nông nghiệp. Nói cách khác, có lẽ đô thị hóa đã góp phần tạo ra các điểm nóng về côn trùng ngay tại các khu rừng trong nghiên cứu.

Hóa thạch lá cây 54 triệu năm trước, với vết hại của côn trùng, khai quật ở Wyonming. Ảnh: Lauren Azevedo-Schmidt

Cái nóng

Như nhà sinh thái học nổi tiếng E.O. Wilson đã nói, "côn trùng là những thứ nhỏ bé nhưng vận hành cả thế giới". Chúng gián tiếp nuôi sống chúng ta nhờ khả năng thụ phấn - ít nhất 87 loại cây trồng chính của nhân loại phụ thuộc côn trùng. Chúng còn phân hủy, xử lý chất thải hữu cơ và là thức ăn cho nhiều loài động vật khác.

Quan trọng là thế, nhưng côn trùng đang đối mặt với nhiều thách thức mang tính sống còn. Nông nghiệp công nghiệp hóa đang tận diệt sâu bọ, và có nghiên cứu đã cảnh báo rằng thực vật sẽ phải "chiến đấu" với nhau để thu hút các loài thụ phấn. Ở Trung Quốc, nông dân phải đến từng bông hoa để làm cái việc của lũ ong.

Thời đại suy vong của côn trùng được các báo đài đưa lên trang nhất từ năm 2018, có tiêu đề ủng hộ lẫn phản đối. Giới nghiên cứu đó đây cũng tích cực tìm kiếm sự thật.

Một nghiên cứu năm 2020 trên tạp chí Science - quy mô khủng nhưng chủ yếu tập trung vào châu Âu và Bắc Mỹ - cho thấy quần thể côn trùng trên cạn đang giảm gần 1% mỗi năm. Ở vùng nhiệt đới thì sao? Theo một công bố trên tập san Biology Letters vào tháng 8-2022, côn trùng trên cạn ở Brazil đang suy giảm cả về số lượng và sự đa dạng. (Tuy nhiên, cả hai nghiên cứu đều nhận thấy côn trùng dưới nước nhìn chung đang tăng, có thể là nhờ những nỗ lực phục hồi hệ sinh thái nước ngọt).

Giống như các loài động vật khác, côn trùng chỉ có thể chịu đựng nhiệt độ trong một phạm vi nhất định. Khi nhiệt độ môi trường vượt quá giới hạn trên hay dưới của chúng, động vật nói chung phải tự điều chỉnh hoặc di cư đến nơi có khí hậu thuận lợi hơn.

Nhưng côn trùng khá kém cỏi trong việc điều chỉnh ngưỡng chịu đựng của chúng, nên đặc biệt dễ bị tổn thương bởi biến đổi khí hậu. Theo một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature Communications, khi nhiệt độ thay đổi 1oC, côn trùng chỉ có thể xê dịch giới hạn nhiệt khoảng 10 - 15%. Để so sánh, một nghiên cứu khác cho biết con số đó ở cá và động vật giáp xác là khoảng 30%.

Ảnh minh họa

Khả năng thích nghi kém trong một hành tinh đang ấm lên có nghĩa là nhiều loài côn trùng sẽ phải di cư đến những nơi mát mẻ hơn để tồn tại. Gánh vác nhiều chức năng sinh thái quan trọng trên thân hình bé bỏng, sự di cư của sâu bọ có thể phá vỡ cân bằng sinh thái. Và loài nào không thể di cư thì sẽ đối mặt nguy cơ tuyệt chủng!

Nhà sinh thái học Tim Newbold của Đại học London (UCL, Anh) cho biết: "Quản lý các khu nông nghiệp cẩn thận hơn, chẳng hạn bảo tồn môi trường sống tự nhiên ở gần nông trại, sẽ giúp đảm bảo rằng các loài côn trùng quan trọng vẫn có thể phát triển".

Điều này bao gồm việc hạn chế độc canh (đa dạng hóa cây trồng trên một mảnh đất), giảm sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón. Như vậy, côn trùng mới có những khu vực an toàn hơn để lui tới dưới cái nắng oi ả, cũng như có đủ thức ăn và các nguồn tài nguyên khác. Người tiêu dùng có thể góp sức bằng cách lựa chọn các sản phẩm ít tác động và trồng đa dạng các loại cây bản địa trong khả năng của mình.

…và hệ quả của việc chống chịu

Vào năm 2020, một nhóm nhà khoa học của ĐH bang Michigan (Mỹ) đã theo dõi cuộc "tỉ thí" giữa những con sâu bướm sừng và cây cà chua trong điều kiện tăng nhiệt độ. Cà chua đã thua cuộc, nhưng là dưới tay cái nóng. Khi cà chua căng mình chống trả sâu bướm, chúng đã đánh đổi khả năng đối phó cái nóng.

Khác với động vật, thực vật không thể bỏ chạy hay trốn tránh những kẻ săn mồi. Thay vào đó, chúng sử dụng vũ khí hóa học. Khi lá cây "bị thương", nó tiết ra một loại hormone kích hoạt quá trình sinh tổng hợp, phân phối và lưu trữ các hợp chất xua đuổi sâu bọ đói khát. Nhưng việc sản xuất những hợp chất này rất tốn sức và thường kìm hãm sự phát triển của cây.

Giữa cái nóng, cà chua cũng tăng cường sản xuất loại hormone trên. Nhưng côn trùng cũng tăng cường trao đổi chất, nên chúng ăn nhanh hơn và gây hại nhiều hơn. Mặc dù cà chua đã chiến đấu hết mình bằng các hợp chất hóa học độc hại, chúng đã không thể vô hiệu hóa chế độ ăn thần sầu của sâu.

Cùng lúc đó, việc tiết hormone đã ngăn chặn các khí khổng mở ra và cũng không cho lá nhấc lên khỏi mặt đất nóng để làm mát. Cần biết rằng thực vật "mở cửa" khí khổng trên mặt lá để làm mát, giống như cách con người đổ mồ hôi qua lỗ chân lông vậy. Cây cũng cần nhấc lá lên cao, có lẽ để tìm kiếm một làn gió mát. Như vậy, nếu hai áp lực - côn trùng và cái nóng - xảy ra cùng một lúc, thực vật sẽ gặp rắc rối nhân đôi, cũng chính là tai vạ thứ ba trong "tam tai" của giống loài này.

Vẫn còn rất nhiều điều ta chưa hiểu về tương tác giữa thực vật và côn trùng. Nhưng có một điều chắc chắn là nhân loại phụ thuộc vào côn trùng và cây trồng để có thể tiếp tục tồn tại. Thêm một lý do để khẩn trương kìm hãm biến đổi khí hậu.■