Điều hòa thân nhiệt ở côn trùng

Các loài côn trùng thường được mô tả là “máu lạnh” hoặc biến nhiệt. Không như động vật có vú và những loài hằng nhiệt “máu nóng” khác duy trì thân nhiệt ở mức độ tương đối ổn định, côn trùng có thân nhiệt biến đổi theo môi trường sống.

Tuy nhiên, đầu thế kỷ XIX, nhà côn trùng học George Newport đã khám phá ra rằng một số loài ngài và ong tăng nhiệt độ phần ngực (phần giữa cơ thể, có gắn cánh và chân) cao hơn nhiệt độ không khí xung quanh bằng cách chuyển động cơ bắp thật nhanh.

Hiện nay người ta biết rằng nhiều loài côn trùng là động vật biến nhiệt, tức ở mỗi phần của cơ thể, chúng duy trì nhiệt độ khác nhau và đôi khi ấm hơn nhiều so với nhiệt độ môi trường.

Nhiệt độ chuẩn

Thách thức chính đối với các loài côn trùng là làm thế nào đủ ấm để bay nhưng đủ mát để không bị quá nóng. Năm 1974, nhà côn trùng học người Mỹ gốc Đức Bernd Heinrich đã giải thích cách các loài ngài, ong và bọ hung kiểm soát thân nhiệt để liên tục vận động. Ông nhận thấy cách côn trùng thích nghi với nhiệt độ không khác biệt nhiều so với cách của các loài có xương sống như người ta từng nghĩ.

Đa số côn trùng biết bay có tốc độ chuyển hóa cao hơn các động vật khác nhưng kích thước cơ thể nhỏ bé đồng nghĩa chúng thất thoát nhiệt nhanh hơn nên không thể hằng nhiệt mọi lúc.

Nhiệt độ tối thiểu để một con côn trùng có thể bay sẽ khác biệt tùy theo loài, nhưng nhiệt độ tối đa rơi vào khoảng 40-45°C. Để ngăn việc bị nóng quá, côn trùng có thể chuyển nhiệt từ ngực xuống bụng.

Nhiều loài côn trùng lớn biết bay vẫn không thể cất cánh nếu chúng không thể tăng nhiệt độ của các cơ bay. Những loài côn trùng này “rung” cơ kiểm soát nhịp đập lên xuống của cánh để sinh nhiệt trước khi cất cánh. Khi đã bay lên được, các cơ sử dụng lượng lớn năng lượng hóa học nhưng chỉ một phần được dùng để đập cánh, phần còn lại trở thành nhiệt. Điều này, kết hợp với sự ấm áp của ánh nắng trực tiếp, đồng nghĩa loài động vật biết bay có nguy cơ bị nóng quá.

Để giải quyết vấn đề trên, nhiều loài có cơ chế trao đổi nhiệt để chuyển nhiệt dư từ ngực xuống bụng, cho phép côn trùng duy trì nhiệt độ ổn định trong ngực.

Muôn kiểu kỹ thuật

Một con bướm đốm ăn hoa bồ công anh. Hầu hết loài bướm có thể dựng cánh hướng lên để làm mát - một quá trình gọi là điều hòa thân nhiệt tập tính. Ảnh trong sách Sinh thái học - Khái lược những tư tưởng lớn.

Bướm kiểm soát thân nhiệt bằng cách thay đổi góc cánh. Khi cố gắng làm ấm, bướm sải cánh rộng ra để tối đa lượng ánh sáng Mặt Trời chiếu lên cánh. Khi muốn làm mát, bướm di chuyển vào chỗ râm hoặc dựng cánh hướng lên để bớt ánh sáng Mặt Trời chiếu trực tiếp lên bề mặt cánh.

Các loài côn trùng khác thậm chí còn sử dụng nhiều phương pháp đáng kinh ngạc hơn để điều hòa thân nhiệt. Khi một con muỗi uống máu nóng của thú có vú, thân nhiệt của muỗi sẽ tăng lên. Để bù đắp, muỗi sản xuất ra những giọt dung dịch nhỏ được giữ ở cuối bụng; khả năng làm mát nhờ bay hơi của những giọt nhỏ này giúp hạ thân nhiệt muỗi.

Bọ phân xây những quả bóng phân để bọ cái đẻ trứng vào. Một số loài bọ phân có khả năng tăng nhiệt độ phần ngực để có thể lăn được những quả bóng phân nặng hơn.

Muôn kiểu kỹ thuật điều hòa thân nhiệt cho thấy cách các dạng sống tiến hóa để phù hợp hơn với môi trường của chúng. Chúng còn có thể truyền cảm hứng cho công nghệ: các tấm năng lượng Mặt Trời được dựng nghiêng về hướng Mặt Trời để đón lượng bức xạ Mặt Trời tối đa - giống hệt cánh bướm.