Bằng cách nào sâu bướm nhận biết mùi hương hoa?

Các loài sâu bướm chỉ cần tinh chất mùi hương của hoa để nhận biết ra loài hoa đó, đó là thông tin theo một nghiên cứu gần đây tại trường Đại học Arizona, Tucson.

Mặc dù mùi hương của một loài hoa có thể được tạo nên từ hàng trăm hoá chất thì một con sâu bướm chỉ cần một chút là có thể nhận ra được loài hoa đó. Nó gần giống như kiểu nhận biết một bản nhạc mà chỉ cần nghe vài nốt nhạc được chơi bởi vài nhạc cụ chính, nhà nghiên cứu Jeffrey A. Riffell nhận xét.

“Hầu hết các loài sâu bướm không quan tâm đến tất cả các hoá chất liền một lúc. Thực tế chúng thường chỉ chú ý tới một vài chất điển hình mà thôi.” Ông nói tiếp. Phát hiện này đã mở ra một cái nhìn sâu hơn về việc bộ não có thể nhận biết được các mùi cụ thể trong hàng trăm hàng nghìn mùi đang trôi nổi trong không khí.

Đội nghiên cứu UA đã ghi lại trong bộ não của các con sâu bướm trú ngụ trong cây thuốc lá khi chúng chỉ ngửi một mùi duy nhất trong số 60 chất tạo nên mùi thơm trong mật mà sâu bướm thích.

Đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu tiến hành ghi lại hoạt động của bộ não côn trùng khi các loài này ngửi tất cả những mùi riêng biệt từ hoa thiên nhiên. Các bài nghiên cứu trước thường chỉ sử dụng mùi nhân tạo. Chỉ có chín mùi trong số đó là kích thích phản ứng dây thần kinh. Tuy nhiên, tất cả chín mùi này đều phải được đưa ra cùng một lúc để các loài sâu bướm này bay tới và châm ngòi của chúng vào nhuỵ.

Riffell, Hong Lei và John G. Hildebrand thuộc phòng nghiên cứu Arizona của UA và Thomas A. Christensen đến từ khoa nghiên cứu ngôn ngữ UA đã phát hành tờ báo của họ về vấn đề “ Mô tả và giải mã hợp chất mùi quan trọng” trên tờ tạp chí Sinh học ngày nay.

Viện nghiên cứu Sức khoẻ và khoa học quốc gia đã tài trợ cho chương trình nghiên cứu này. Bằng cách nào mà hệ thống hoạt động của bộ não có thể giải mã hợp chất mùi thì vẫn không thể được hiểu một cách rõ ràng nhất.

“Hai phần ba bộ não của những con sâu bướm đực nhạy cảm với môi trường hơn. Còn với sâu bướm cái thì tỉ lệ khoảng 90%”, Riffell nói.

Các loài sâu bướm ở cây thuốc lá, Manduca sexta, đang tìm kiếm mật từ một bông hoa giấy được sục qua một số chất hoá học có mùi hương ưa thích, từ hoa của cây cà độc dược linh thiêng Datura. (Ảnh: Charles Hedgcock RBP)

Sâu bướm ở cây thuốc lá, có tên khoa học Manduca sexta, là những loài sâu bướm lớn chủ yếu ở vùng Tây Nam. Nguồn mật ưa thích cuả chúng là hoa loài cây cà độc, được biết với tên gọi Datura wrightii. Hoa có hình loa kèn trắng chỉ nở vào nửa đêm. Sâu bướm cái đẻ trứng của chúng ở trên cây, để mọi thứ dễ dàng hơn, đội nghiên cứu chỉ sử dụng sâu bướm đực để phục vụ nghiên cứu này.

Để tìm kiếm thức ăn, các loài sâu bướm phải nhận biết được một làn hương hoa cà độc dược thoảng qua và sau đó lần theo dấu vết mùi hương đó theo làn gió tìm tới loài hoa này.

Riffell đã chỉ ra làm thế nào để biết được các hoá chất đó được toả ra từ hoa và lấy chúng mang về thí nghiệm.

Ông đã để một bông hoa sâu vào một cái túi Reynolds® Oven và hút không khí ra khỏi chiếc túi đó qua một màng lọc để giữ lại mùi hương. Ông đã lấy mùi hương theo cách đó từ 20 loài cây khác nhau.

Trở lại với phòng thí nghiệm, ông đã cho ra một giải pháp về các hoá chất và tiêm nó vào sắc phổ khí. Sắc phổ này phân chia các hoá chất và phun từng mùi ra thành từng ống được phân nhánh: một nhánh được đưa tới một con sâu bướm được buộc dây và nhánh còn lại tới một chiếc máy để được nhận biết và ghi lại các mùi riêng biệt khi các mùi này toả ra.

Việc sắp đặt nói trên đã cho phép các nhà nghiên cứu ghi lại được hoạt động trong bộ não của các con sâu bướm khi chúng ngửi các mùi riếng biệt. Thiết bị ghi lại hoạt động này được móc tới một người nói. Nếu bộ não của con sâu bướm này hoạt động thì nhà nghiên cứu này sẽ nghe thấy âm thanh pop-pop, Riffekk nói.

“Sau đó bạn nhìn và quan sát thấy mùi nào đang bay tới vào lúc đó. Bộ não của con sâu bướm chỉ có phản ứng với chín mùi hoá chất bay ra từ bó hoa cà độc dược đó”, ông nói tiếp.

Để có thể quan sát các con sâu bướm phản ứng thế nào với các hoá chất này, ông đã để các chất nhân tạo với mùi như vậy lên một bó hoa giả làm từ giấy trắng. Sau đó ông thí nghiệm 420 con sâu bướm bằng cách đặt hoa giấy vào cuối ống gió và một con sâu bướm vào đầu bên kia. Những con sâu bướm khác thì thờ ơ với hoá chất này khi những hoá chất cùng được đưa ra một lúc. Ngược lại, nếu hoa cà độc dược thật được dùng thì các con sâu bướm này ngay lập tức bay tới và châm ngòi của chúng để hút mật.

Khi tất cả chín hoá chất tác động vào não của sâu bướm được đặt trên bông hoa giấy thì những con sâu bướm này cũng hành động giống như vậy.

“Thật là ngạc nhiên – ngay khi bạn kết hợp các chất này với nhau, các con sâu bướm hành động giống như những kẻ say. Lao thẳng tới chỗ bông hoa và châm ngòi của chúng vào bông hoa đó.” Riffell nói.

Ông nghi ngờ rằng khứu giác của con người và bộ não cũng có thể làm việc bằng cách định hướng vào chỉ một số mùi hoá chất đặc trưng trong các mùi cụ thể.