Các nhà khoa học sử dụng “mùi sợ hãi” để xua đuổi côn trùng gây hại

Các loài côn trùng hai cây trồng là mối đe dọa lớn đối với trồng trọt hoặc trực tiếp bằng cách phá hủy thân, quả, rễ cây hoặc gián tiếp bằng cách truyền nhiễm vi khuẩn, vi rút và nấm cho cây trồng. Để đáp lại, con người đã sáng chế ra thuốc trừ sâu. Nhưng các loài gây hại phản ứng trở lại bằng cách tăng cường sức đề kháng ngày càng mạnh mẽ do áp lực của chọn lọc tự nhiên. Vấn đề này đã làm đau đầu các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Pennsylvania một thời gian. Trong một nghiên cứu mới, họ trình bày một ý tưởng độc đáo liên quan đến “mùi của sự sợ hãi” để xua đuổi côn trùng khỏi đồng ruộng và vườn cây.

Nhiều loài động vật có các giác quan nên rất nhạy bén khi nguy hiểm đang rình rập. Ví dụ, khứu giác của bạn sẽ cảnh báo bạn về một đám cháy có thể gây chết người. Phản ứng tự nhiên là tránh xa nguy cơ gây hại. Côn trùng cũng không ngoại lệ - trên thực tế, nhiều loài nhạy cảm với mùi hơn con người vì giao tiếp hóa học là một cách thích nghi cần thiết cho sự tồn tại của côn trùng.

Côn trùng tiết ra và phát hiện tất cả các loại pheromone giúp chúng sinh sản và giao tiếp với các thành viên trong loài của chúng. Chúng cũng có thể sử dụng mùi để phát hiện các mối đe dọa. Ví dụ, khi rệp phát hiện ra hóa chất do bọ rùa, động vật ăn thịt tự nhiên của chúng tiết ra, chúng sẽ có xu hướng bỏ chạy. Các nhà nghiên cứu tại Penn State tự hỏi liệu họ có thể bằng cách nào đó khai thác phản ứng hóa học này để xua đuổi sâu bệnh hại cây trồng hay không

“Khi dân số toàn cầu của chúng ta tiếp tục tăng, ngày càng có nhu cầu tăng cường bảo vệ mùa màng để chúng ta có thể tạo ra đủ lương thực để duy trì dân số. Côn trùng gây hại là một trong những thách thức lớn nhất trong sản xuất nông nghiệp trên toàn thế giới và việc quản lý chúng là rất quan trọng. Tuy nhiên, các loại thuốc trừ sâu thường được sử dụng để chống lại những loài gây hại này có thể gây hại cho con người, môi trường và người nông dân đang ngày càng phải trải qua các lệnh cấm và hạn chế thuốc trừ sâu cũng như khả năng kháng sâu bệnh đối với phương pháp kiểm soát này khiến chúng kém hiệu quả hơn. Do đó, chúng tôi được truyền cảm hứng để xác định và phát triển các cách bền vững nhằm giảm áp lực côn trùng gây hại thông qua giảm hoặc loại bỏ việc sử dụng thuốc diệt côn trùng”, Sara Hermann, Trợ lý Giáo sư về Hệ sinh thái Chân khớp và Tương tác Nhiệt đới tại Penn State, nói với ZME Science.

“Một trong những mục tiêu chính của chúng tôi là cố gắng tăng cường tác động của côn trùng ăn thịt đối với động vật hại cây trồng để giảm ảnh hưởng tiêu cực của những loài gây hại này. Thay vì chỉ đơn giản là phát triển số lượng côn trùng ăn thịt thì trong phòng thí nghiệm của mình chúng tôi đang làm việc nhằm khai thác nỗi sợ hãi để quấy rầy sâu hại theo những cách sẽ hạn chế tác động của chúng đối với cây trồng”, cô nói thêm.

Hermann và Jessica Kansman, một nghiên cứu sinh tại Penn State, đã thực hiện các thí nghiệm thực địa cho thấy rệp và các loài côn trùng hại cây trồng khác sẽ tránh xa những cánh đồng và khu vườn nơi chúng ngửi thấy mùi của những kẻ săn mồi. Hơn nữa, việc tiếp xúc với những hóa chất này làm chậm tốc độ sinh sản của côn trùng và tăng khả năng mọc cánh của chúng, cả hai hành vi tự nhiên nhằm trang bị tốt hơn cho chúng để thoát khỏi các mối đe dọa. Câu hỏi vẫn là hợp chất nào chính xác khiến rệp phản ứng với sự hiện diện hóa học của bọ rùa.

Trong nghiên cứu mới của họ, các nhà nghiên cứu tại Penn State đã sử dụng phương pháp sắc ký khí–khối phổ để xác định và chiết xuất mùi dễ bay hơi do bọ rùa tiết ra. Sau đó, họ nối râu của những con rệp còn sống vào một máy điện quang (electroantennogram - EAG) và cho chúng tiếp xúc với từng thành phần hóa học do bọ rùa tiết ra để xem chúng có thể phát hiện ra những hợp chất nào.

Nói thì dễ hơn làm vì hệ sinh thái côn trùng liên quan đến những thách thức công bằng của riêng nó, từ việc vượt qua thời tiết xấu trong quá trình thực địa đến xử lý các mẫu vật tinh vi. Nhưng các nhà nghiên cứu đã cố gắng vượt qua những thách thức này.

“Rệp là TINY (bé tí, rất nhỏ). Vì vậy, chúng tôi phải tạo ra các công cụ và kỹ thuật chuyên môn để đánh giá hoạt động của chúng hơn là quan sát bằng mắt.

…

Trong số rất nhiều hợp chất do bọ rùa tiết ra, rệp có phản ứng mạnh nhất, dựa trên tín hiệu EAG, với các methoxypyrazine. Chẳng hạn như isopropyl methoxypyrazine, isobutyl methoxypyrazine và sec-butyl methoxypyrazine.

Sử dụng những hóa chất ban đầu này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại “cocktail” có mùi đặc biệt mà hiện phải trải qua quá trình thử nghiệm tại hiện trường. Loại “cocktail” này được phun ra từ một máy khuếch tán tinh dầu để xác định xem liệu mùi có thực sự hiệu quả trong thế giới thực để xua đuổi sâu hai trên đồng ruộng và vườn cây trồng hay không. Các hóa chất dễ bay hơi này được phân tán vào bầu khí quyển chứ không phải được phun lên cây trồng.

“Do đó, các sinh vật, thực vật và con người sẽ không tiếp xúc với sản phẩm làm cho nguy cơ nhiễm độc khá thấp và an toàn trong chiến lược quản lý sâu hại. Chúng tôi đang kiểm tra khả năng ảnh hưởng của những mùi này đến các thành viên khác của cộng đồng côn trùng. Bao gồm các loài thụ phấn có ích và các loài côn trùng ăn thịt hoặc ký sinh khác”, Hermann nói.

Nếu đúng như vậy, nông dân và người làm vườn có thể có một giải pháp thay thế mới không chứa độc tố như thuốc trừ sâu thông thường.

“Các bước tiếp theo của chúng tôi sẽ là thử nghiệm chiến lược này trên các loại cây trồng khác, ngoài các cây Họ Cải mà chúng tôi đã sử dụng. Một ưu điểm của nghiên cứu này là bọ rùa là động vật ăn thịt của nhiều loài côn trùng gây hại khác nhau. Vì vậy chúng tôi cũng có thể kiểm soát nhiều loài côn trùng gây hại trên các cây trồng khác bằng cách sử dụng kỹ thuật này, …”, Hermann nói.

Các tác giả của nghiên cứu mới sẽ trình bày những phát hiện của họ tại cuộc họp của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS).

Nội dung từ: “Scientists use ‘smell of fear’ to ward off insect pests from crops and gardens”. By Tibi Puiu. (Nguồn: ZME Science. 30/8/2021).

D.A.M