Giáp xác là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa giáp xác

Giáp xác (Crustacea) là một lớp động vật thuộc ngành Chân khớp (Arthropoda), bao gồm các loài không xương sống có vỏ ngoài cứng, cơ thể chia đốt và phần phụ phân đốt. Chúng sống chủ yếu trong môi trường nước mặn, nước ngọt và một số ít có thể sống trên cạn. Giáp xác là nhóm có mức độ đa dạng sinh học rất cao, với hơn 70.000 loài đã được mô tả, bao gồm nhiều loài quen thuộc như tôm, cua, tép, mọt ẩm và nhiều loài phù du biển.

Điểm đặc trưng giúp phân biệt giáp xác với các nhóm chân khớp khác là chúng có hai đôi râu ở phần đầu: antennae và antennules. Giáp xác có hệ thần kinh dạng chuỗi hạch, hệ tuần hoàn hở, và hệ tiêu hóa dạng ống. Cấu trúc vỏ ngoài bằng kitin thường được củng cố bằng muối canxi, tạo thành lớp giáp bảo vệ – cũng là lý do cho tên gọi “giáp xác”.

Nhiều loài giáp xác giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong chuỗi thức ăn tự nhiên và chu trình sinh học của hệ sinh thái nước. Một số loài còn có giá trị thương mại lớn trong ngành thủy sản và công nghiệp chế biến thực phẩm. Thông tin chi tiết hơn có thể tìm thấy tại NOAA Ocean Explorer.

Phân loại khoa học và đặc điểm hình thái

Lớp Giáp xác được phân loại thành nhiều bộ khác nhau dựa trên hình thái và đặc điểm sinh học. Dưới đây là các bộ tiêu biểu:

• Decapoda: Tôm, cua, ghẹ (10 chân).
• Isopoda: Bọ biển, mọt ẩm (cơ thể dẹp, chân bằng nhau).
• Amphipoda: Bọ chấy nước (cơ thể đối xứng, chân khác biệt).
• Copepoda: Bọ chét nước, phù du (nhỏ, không vỏ giáp lớn).
• Branchiopoda: Giáp xác cổ (sống chủ yếu ở nước ngọt).

Hình thái học giáp xác bao gồm các phần chính:

1. Đầu: mang râu, mắt và phần miệng.
2. Ngực: nơi gắn chân bò, chân bơi, nhiều loài có mai che phủ (carapace).
3. Bụng: có thể chứa chân bơi phụ và cơ quan sinh sản.

Đặc biệt, phần đầu và ngực của một số loài hợp nhất thành cephalothorax (đầu-ngực).

Bảng dưới đây mô tả một số khác biệt hình thái giữa các bộ chính:

Chu trình sống và sinh sản

Giáp xác có chu trình sống khá đa dạng, thường bắt đầu từ trứng, phát triển qua nhiều giai đoạn ấu trùng trước khi trưởng thành. Các giai đoạn ấu trùng phổ biến gồm:

• Nauplius: giai đoạn đầu tiên, có ba cặp chân và một mắt đơn trung tâm.
• Zoea: phát triển hơn, có mắt kép và phần phụ phát triển.
• Mysis / Megalopa: ở một số loài lớn hơn, gần giống trưởng thành.

Nhiều loài giáp xác lột xác nhiều lần để phát triển. Mỗi lần lột xác là một chu kỳ sinh lý quan trọng, đi kèm với tăng trưởng và biến đổi hình thái. Quá trình này được điều hòa bởi hormone ecdysone.

Về sinh sản, giáp xác có thể là lưỡng tính, đơn tính hoặc luân phiên giữa sinh sản hữu tính và vô tính. Một số loài như Daphnia có thể sinh sản đơn tính (parthenogenesis) trong điều kiện thuận lợi và chuyển sang sinh sản hữu tính khi môi trường thay đổi. Trứng có thể phát triển trực tiếp hoặc cần giai đoạn ấu trùng trung gian.

Phân bố và môi trường sống

Giáp xác có mặt ở hầu hết các môi trường sinh thái trên Trái Đất. Chúng phân bố từ vùng cực lạnh đến vùng nhiệt đới, từ tầng mặt nước đến đáy biển sâu, và cả môi trường nước ngọt lẫn trên cạn. Tùy theo nhóm loài, chúng có thể sống:

• Trong nước biển: chiếm tỷ lệ loài cao nhất, bao gồm tôm hùm, cua biển, krill.
• Trong nước ngọt: như Daphnia, tôm càng xanh, copepoda nước ngọt.
• Trên cạn: như mọt ẩm, sống ở môi trường ẩm thấp, dưới lá mục hoặc đá.

Một số loài thích nghi với điều kiện môi trường cực đoan. Ví dụ, các amphipod sâu có thể sinh sống ở độ sâu hơn 10.000 m tại rãnh Mariana, nơi áp suất vượt quá 1000 atm. Các loài này phát triển vỏ mềm hơn và cơ quan cảm biến nhạy để thích nghi với điều kiện ánh sáng yếu và áp lực cao.

Các quần thể giáp xác phù du (zooplankton) có thể đạt mật độ hàng triệu cá thể/m³, đóng vai trò sống còn trong lưới thức ăn biển. Chi tiết về phân bố có thể tìm thêm tại MarineBio.org.

Vai trò sinh thái

Giáp xác là mắt xích thiết yếu trong cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái nước, đặc biệt là trong các chuỗi thức ăn thủy sinh. Chúng đóng vai trò là sinh vật trung gian chuyển hóa năng lượng từ sinh vật tự dưỡng (tảo, vi khuẩn) lên các bậc tiêu thụ cao hơn như cá, chim biển và động vật có vú biển.

Nhóm giáp xác phù du như copepoda và cladocera là nguồn thức ăn chính của cá non và các loài sinh vật biển nhỏ. Ngoài ra, nhiều loài giáp xác còn đóng vai trò sinh học như:

• Lọc sinh học: loại bỏ tảo và vi khuẩn, giữ cho hệ sinh thái nước trong sạch.
• Phân hủy chất hữu cơ: tiêu thụ xác động thực vật, góp phần tái chế vật chất.
• Điều tiết quần thể tảo: giúp ngăn hiện tượng tảo nở hoa có hại (harmful algal blooms).

Các nghiên cứu cho thấy nếu mất đi nhóm giáp xác phù du, hệ sinh thái nước ngọt sẽ mất cân bằng nghiêm trọng, dẫn đến giảm độ trong suốt nước, thiếu oxy và chết hàng loạt cá. Một ví dụ cụ thể là vai trò của Daphnia trong các hồ tại Bắc Mỹ trong việc kiểm soát nồng độ tảo độc (EPA).

Tầm quan trọng trong thủy sản và kinh tế

Nhiều loài giáp xác là nguồn thực phẩm quan trọng và có giá trị kinh tế cao trong nuôi trồng thủy sản. Theo thống kê của FAO năm 2023, tôm, cua và các loại giáp xác khác chiếm hơn 20% sản lượng thủy sản toàn cầu, với tổng giá trị xuất khẩu đạt hàng chục tỷ USD.

Các loài có giá trị thương mại cao bao gồm:

• Tôm sú (Penaeus monodon) – nuôi phổ biến ở Đông Nam Á.
• Tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) – chiếm ưu thế trong nuôi công nghiệp.
• Cua biển (Scylla serrata) – được đánh giá cao về dinh dưỡng và giá trị thị trường.
• Tôm hùm (Homarus spp.) – đánh bắt tự nhiên, giá trị cao, xuất khẩu chính từ Bắc Mỹ và châu Âu.

Bên cạnh mục tiêu thương mại, một số loài giáp xác nhỏ như copepoda và Artemia còn được dùng làm thức ăn sống trong giai đoạn ương cá giống biển, do giàu protein và axit béo omega-3. Điều này giúp tăng tỷ lệ sống và tăng trưởng của cá con trong các hệ thống nuôi công nghệ cao.

Các cơ chế thích nghi nổi bật

Sự thành công tiến hóa của giáp xác phần lớn đến từ khả năng thích nghi linh hoạt với nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Một trong những cơ chế nổi bật nhất là khả năng lột xác (molting) – cho phép chúng tăng trưởng và tái tạo các cấu trúc bị tổn thương. Hormone chính kiểm soát quá trình này là ecdysone, được tiết ra theo chu kỳ sinh lý.

Một số đặc điểm thích nghi đặc biệt:

• Biến dạng chân và phần phụ: giúp thích nghi với bơi lội, bò, bám đáy, đào hang, hoặc bắt mồi.
• Khả năng osmoregulation: giữ ổn định áp suất thẩm thấu nội bào trong môi trường mặn, lợ hoặc thay đổi liên tục.
• Vỏ ngoài kitin cứng: bảo vệ cơ thể khỏi kẻ thù và điều kiện khắc nghiệt như áp suất cao, mặn cao hoặc nhiệt độ thấp.

Một số loài như Alvinocaris sống quanh miệng phun thủy nhiệt, nơi nhiệt độ vượt 60°C và nước chứa nhiều khí độc như sulfide hydro. Chúng phát triển hệ enzyme chịu nhiệt và cơ chế trao đổi khí đặc biệt để thích nghi với điều kiện này (NOAA Ocean Explorer).

Hệ miễn dịch và cơ chế phòng vệ

Giáp xác không có hệ miễn dịch thích ứng như động vật có xương sống, nhưng hệ miễn dịch bẩm sinh của chúng lại rất hiệu quả và đa dạng. Hệ miễn dịch này chủ yếu dựa vào tế bào hemocyte và các chất tiết kháng khuẩn.

Các cơ chế phòng vệ chính gồm:

• Phagocytosis: hemocyte bao vây và tiêu hóa vi sinh vật lạ.
• Sản sinh peptide kháng khuẩn (AMPs): các phân tử nhỏ có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, nấm, virus.
• Encapsulation: bao vây các vật thể lạ lớn hơn như ký sinh trùng.

Nhiều loài còn có cơ chế phòng vệ cơ học như vỏ cứng, màu sắc ngụy trang hoặc tự phát sáng để gây nhiễu thị giác. Một số loài Isopoda ký sinh còn có thể biến đổi biểu hiện gen miễn dịch của vật chủ để tránh bị phát hiện.

Đe dọa và bảo tồn

Mặc dù giáp xác là nhóm động vật phong phú, nhiều loài trong số đó đang đối mặt với nguy cơ suy giảm nghiêm trọng do các tác nhân môi trường và hoạt động của con người. Các yếu tố chính bao gồm:

• Ô nhiễm nước: kim loại nặng, thuốc trừ sâu và vi nhựa ảnh hưởng đến sinh lý và sinh sản.
• Biến đổi khí hậu: axit hóa đại dương làm suy yếu cấu trúc vỏ kitin, giảm tỷ lệ sống của ấu trùng.
• Khai thác quá mức: gây mất cân bằng sinh thái và suy giảm nguồn giống tự nhiên.
• Xâm lấn sinh học: loài ngoại lai cạnh tranh hoặc tiêu diệt các loài giáp xác bản địa.

Tổ chức Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN) đã đưa hàng trăm loài giáp xác vào Danh sách Đỏ, trong đó nhiều loài đang ở tình trạng Nguy cấp hoặc Cực kỳ nguy cấp. Các chương trình phục hồi hệ sinh thái, khu bảo tồn biển và giám sát đa dạng sinh học đang được thúc đẩy tại nhiều quốc gia để bảo vệ các loài giáp xác đặc hữu (IUCN Red List).

Tài liệu tham khảo

1. NOAA Ocean Explorer. Crustaceans. https://oceanexplorer.noaa.gov/facts/crustaceans.html
2. MarineBio Conservation Society. Crustaceans Overview. https://www.marinebio.org/animal/crustaceans/
3. EPA – Cyanobacterial Harmful Algal Blooms. https://www.epa.gov/nutrient-policy-data/cyanobacterial-harmful-algal-blooms-water
4. FAO Fisheries and Aquaculture Report 2023. https://www.fao.org/fishery/en/home
5. Nature. Deep-sea amphipods and plastic ingestion. https://www.nature.com/articles/s41598-018-35018-w
6. Smithsonian Ocean. Life in the Extreme: Hydrothermal Vent Shrimp. https://ocean.si.edu/ocean-life/invertebrates/shrimp
7. IUCN Red List – Crustacean Species. https://www.iucnredlist.org/