Động vật giáp xác là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Động vật giáp xác là nhóm chân khớp sống chủ yếu ở môi trường nước, có hai đôi râu, bộ xương ngoài bằng kitin và các phần phụ phân đốt đảm nhiệm nhiều chức năng. Chúng gồm nhiều loài như cua, tôm, rận nước, có cấu trúc giải phẫu đặc trưng và chu trình sống biến thái, đóng vai trò sinh thái và kinh tế quan trọng.

Định nghĩa và đặc điểm phân loại của động vật giáp xác

Động vật giáp xác (Crustacea) là một nhóm sinh vật thuộc ngành Chân khớp (Arthropoda), bao gồm hàng chục nghìn loài sống chủ yếu ở môi trường nước ngọt và nước mặn, một số ít thích nghi với môi trường trên cạn. Chúng có bộ xương ngoài bằng kitin, thường được khoáng hóa bằng canxi, thân thể chia đốt, mang các phần phụ chân khớp đa dạng và hệ thần kinh dạng chuỗi hạch.

Điểm đặc trưng phân biệt giáp xác với các nhóm chân khớp khác là sự hiện diện của hai đôi râu, phần phụ miệng gồm ba đôi (mandible, maxilla 1 và maxilla 2), mắt ghép (compound eyes) hoặc mắt đơn, và phần phụ ngực hay bụng có thể đảm nhiệm chức năng vận động, sinh sản hoặc hô hấp. Vỏ ngoài, đặc biệt ở các loài lớn như cua và tôm hùm, được gọi là mai (carapace), thường cứng và đóng vai trò bảo vệ cơ thể.

Về mặt phân loại học, lớp Crustacea không phải là một đơn vị đơn ngành (monophyletic) theo nghĩa truyền thống. Tuy nhiên, trong thực hành khoa học hiện đại, thuật ngữ “giáp xác” vẫn được dùng để chỉ toàn bộ nhóm sinh vật chân khớp có hai đôi râu. Cấu trúc hình thái đặc trưng cùng với chu trình phát triển đặc biệt giúp phân biệt giáp xác với côn trùng (Insecta) và nhện (Arachnida).

Các phân lớp và nhóm chính trong giáp xác

Giáp xác bao gồm nhiều nhóm phân loại khác nhau, phân bố rộng từ đại dương sâu đến suối núi, từ môi trường phù du đến các loài ký sinh trên cá hoặc động vật thân mềm. Trong đó, một số nhóm chính được công nhận rộng rãi với số lượng loài lớn và vai trò sinh thái, kinh tế đáng kể:

  • Malacostraca: nhóm lớn nhất, chiếm hơn 40.000 loài, gồm cua, tôm hùm, tôm càng xanh, tôm sú, và cả các loài đẳng túc như rận nước.
  • Branchiopoda: sống ở nước ngọt, gồm Artemia (tôm nước mặn), Daphnia (bọ chét nước) – thường dùng trong nghiên cứu sinh thái học và độc học.
  • Copepoda: sinh vật phù du nhỏ bé, đóng vai trò then chốt trong lưới thức ăn thủy vực; một số loài ký sinh.
  • Cirripedia: nhóm hàu cổ (barnacle), sống bám cố định lên đá, vỏ tàu, hoặc sinh vật khác.
  • Ostracoda: có mai vỏ cứng giống hai mảnh vỏ, thường được tìm thấy trong trầm tích và môi trường biển nông.

Phân loại chi tiết các nhóm giáp xác có thể tham khảo tại cơ sở dữ liệu của NCBI: NCBI Taxonomy - Crustacea. Bảng dưới đây tổng hợp một số nhóm giáp xác tiêu biểu:

Phân lớp Số loài ước tính Môi trường sống chủ yếu
Malacostraca ~40,000 Biển, nước ngọt
Branchiopoda ~1,000 Nước ngọt
Copepoda ~13,000 Biển, nước ngọt
Cirripedia ~1,000 Biển (bám cố định)
Ostracoda ~10,000 Biển, nước ngọt

Giải phẫu và cấu trúc cơ thể

Cơ thể giáp xác điển hình chia làm ba vùng chính: đầu (cephalon), ngực (thorax), và bụng (abdomen). Tuy nhiên, nhiều nhóm như cua hoặc tôm hợp nhất phần đầu và ngực thành đầu-ngực (cephalothorax), được bao phủ bởi mai cứng. Hệ thống phần phụ (appendages) có sự phân hóa chức năng rõ rệt, mỗi đôi thường đảm nhiệm một vai trò nhất định.

Các cấu trúc giải phẫu chính bao gồm:

  • Hai đôi râu (antennae) – đôi thứ nhất dùng cảm nhận, đôi thứ hai giúp định hướng hoặc hỗ trợ bơi.
  • Hàm trên (mandible) và các hàm phụ (maxilla) – dùng để nghiền và xử lý thức ăn.
  • Các chân ngực (pereiopods) – giúp vận động, bắt mồi hoặc phòng thủ.
  • Chân bụng (pleopods) – thường liên quan đến sinh sản hoặc bơi.

Các loài giáp xác lớn như cua, tôm hùm có cơ bắp phát triển và bộ xương ngoài phân đốt rõ rệt. Một số loài nhỏ, như copepod, có cơ thể bán trong suốt và dùng phần phụ như mái chèo để di chuyển.

Chu trình sống và sinh sản

Giáp xác có chu trình sống phức tạp với nhiều giai đoạn phát triển ấu trùng khác nhau. Hầu hết các loài đều sinh sản hữu tính với cá thể đực và cái riêng biệt, nhưng một số loài giáp xác nước ngọt như Daphnia có thể sinh sản đơn tính trong điều kiện môi trường thuận lợi.

Các giai đoạn điển hình trong vòng đời của giáp xác bao gồm:

  1. Giai đoạn trứng
  2. Ấu trùng nauplius – dạng ấu trùng phổ biến, có ba đôi phần phụ đầu tiên
  3. Ấu trùng metanauplius hoặc zoea – tiếp tục phát triển và phân hóa
  4. Giai đoạn trưởng thành chưa hoàn chỉnh (juvenile)
  5. Cá thể trưởng thành có khả năng sinh sản

Trong suốt vòng đời, giáp xác lột xác nhiều lần (ecdysis) để tăng trưởng, vì bộ xương ngoài không giãn nở được. Chu kỳ lột xác được điều khiển bởi các hormone như ecdysone và bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, dinh dưỡng và mật độ cá thể.

Sinh lý học: tuần hoàn, hô hấp, bài tiết và thần kinh

Giáp xác có hệ tuần hoàn hở. Tim nằm ở mặt lưng cơ thể và có cấu trúc đơn giản. Máu (được gọi là hemolymph) bơm từ tim ra các xoang cơ thể (hemocoel), sau đó được thu về tim qua các lỗ có van một chiều gọi là ostia. Chất vận chuyển oxy trong máu là hemocyanin, một protein chứa đồng, có màu xanh lam khi oxy hóa.

Hô hấp thường được thực hiện qua mang (gills), là các cấu trúc mỏng nằm bên dưới lớp mai hoặc gắn liền với các phần phụ như chân ngực. Một số loài nhỏ có thể trao đổi khí trực tiếp qua bề mặt cơ thể. Khả năng trao đổi khí của giáp xác bị ảnh hưởng rõ rệt bởi nhiệt độ nước và độ hòa tan oxy.

Hệ bài tiết khác biệt giữa các nhóm. Nhiều loài có tuyến antennal hoặc maxillary đảm nhiệm chức năng lọc chất thải ra ngoài cơ thể, tương tự như thận ở động vật có xương sống. Các chất thải như amoniac thường được thải trực tiếp vào môi trường nước.

Hệ thần kinh gồm não trước với ba thùy (proto-, deuto- và tritocerebrum), chuỗi hạch bụng chạy dọc chiều dài cơ thể. Giác quan phát triển ở mức cao, đặc biệt là mắt ghép giúp cảm nhận chuyển động và ánh sáng đa hướng. Một số loài có khả năng phát hiện dao động trong nước nhờ các lông cảm giác trên râu.

Vai trò sinh thái và vị trí trong chuỗi thức ăn

Giáp xác là mắt xích trung gian thiết yếu trong hầu hết các chuỗi thức ăn thủy sinh. Từ loài phù du nhỏ như copepod cho đến loài lớn như cua và tôm, chúng chuyển hóa năng lượng từ tầng sinh vật sản xuất (như tảo) lên các bậc cao hơn như cá, chim biển và động vật có vú biển.

Copepod, amphipod và mysid chiếm ưu thế trong cộng đồng sinh vật phù du đại dương, cung cấp năng lượng cho cá mòi, cá trích và cá cơm. Krill (Euphausiacea), họ hàng gần của tôm, là thức ăn chính của cá voi xanh (Balaenoptera musculus), loài động vật lớn nhất hành tinh.

Vai trò sinh thái cụ thể:

  • Chu trình carbon: giáp xác giúp tái chế chất hữu cơ, vận chuyển carbon xuống tầng nước sâu thông qua phân và xác chết.
  • Chuỗi thức ăn: là cầu nối giữa sinh vật sản xuất sơ cấp (tảo, vi khuẩn) và động vật ăn thịt bậc cao.
  • Kiểm soát vi khuẩn và tảo lam qua cơ chế lọc nước và tiêu hóa.

Giáp xác và con người: nuôi trồng, đánh bắt và ứng dụng

Giáp xác có giá trị kinh tế lớn trong ngành thủy sản toàn cầu. Tôm sú (Penaeus monodon), tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei), cua biển (Scylla serrata) và tôm hùm (Panulirus spp.) là những loài được nuôi trồng phổ biến ở châu Á và châu Mỹ Latinh.

Ước tính tổng sản lượng giáp xác nuôi trồng toàn cầu năm 2022 đạt gần 10 triệu tấn theo FAO Fisheries and Aquaculture. Nhiều quốc gia như Việt Nam, Thái Lan, Ấn Độ coi xuất khẩu tôm là nguồn thu ngoại tệ quan trọng.

Ứng dụng công nghiệp và khoa học:

  • Sản xuất chitin và chitosan từ vỏ tôm, dùng làm vật liệu sinh học trong y học tái tạo và bao gói thực phẩm.
  • Chiết xuất astaxanthin từ vỏ tôm hùm – chất chống oxy hóa mạnh dùng trong dược phẩm và mỹ phẩm.
  • Dùng DaphniaArtemia trong kiểm định độc học môi trường và làm thức ăn cho cá cảnh.

Các nguy cơ và thay đổi do biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng tiêu cực đến sự tồn tại và phân bố của các loài giáp xác. Sự gia tăng nhiệt độ và hiện tượng axit hóa đại dương do CO₂ hòa tan làm giảm khả năng hấp thụ canxi, khiến giáp xác khó hình thành vỏ bảo vệ. Đặc biệt, các loài phụ thuộc vào pH nước ổn định như nhuyễn thể và giáp xác nhỏ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Sự thay đổi dòng chảy và độ mặn cũng ảnh hưởng đến chu trình sinh sản của giáp xác nước ngọt. Dịch bệnh như hội chứng hoại tử gan tụy cấp (AHPND) ở tôm nuôi đã gây thiệt hại lớn, nhất là khi điều kiện môi trường thay đổi nhanh và vượt khỏi khả năng thích nghi của vật nuôi.

Danh sách nguy cơ lớn hiện nay:

  1. Axít hóa đại dương
  2. Biến động nhiệt độ và độ mặn
  3. Ô nhiễm vi nhựa
  4. Dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản

Tiềm năng nghiên cứu và ứng dụng sinh học phân tử

Với cấu trúc gen phong phú và đa dạng sinh thái, giáp xác trở thành đối tượng nghiên cứu lý tưởng trong sinh học phát triển, tiến hóa và độc học môi trường. Các loài như Daphnia magnaArtemia salina được sử dụng như mô hình trong nghiên cứu gene, biểu hiện độc tố và ảnh hưởng của hóa chất.

Việc giải mã bộ gen của các loài giáp xác đang tạo điều kiện cho việc phát triển giống kháng bệnh, hiểu rõ cơ chế thích nghi môi trường và cải thiện năng suất trong nuôi trồng. Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 bắt đầu được thử nghiệm ở một số loài như tôm thẻ và cua biển nhằm tạo dòng có khả năng sinh trưởng nhanh và kháng bệnh tốt.

Hướng nghiên cứu nổi bật:

  • Genome và transcriptome tôm sú, tôm hùm
  • Phân tích biểu hiện gene dưới tác động của độc tố môi trường
  • Ứng dụng công nghệ sinh học trong vaccine và chọn giống

Tài liệu tham khảo

  1. Brusca RC, Moore W, Shuster SM. Invertebrates. 3rd ed. Sinauer Associates; 2016.
  2. National Center for Biotechnology Information. Crustacea taxonomy. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/...
  3. FAO. Fisheries and Aquaculture Division. https://www.fao.org/fishery/en
  4. Costello MJ, et al. Marine biodiversity in the Anthropocene. Nature Communications. 2020;11(1):1–13.
  5. Yongsheng G, et al. Progress in crustacean genomics. Frontiers in Genetics. 2022;13:868764.
  6. Jeon J, et al. Microplastics affect reproductive success in crustaceans. Environmental Pollution. 2021;269:116106.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề động vật giáp xác:

Những thay đổi phát triển ở lớp vỏ ngoài của bốn loài metacercariae microphallid trong động vật ký sinh trung gian thứ hai (động vật giáp xác) Dịch bởi AI
Journal of Helminthology - Tập 70 Số 3 - Trang 201-210 - 1996
Tóm tắtMô tả hình thái của lớp vỏ ngoài của bốn loài metacercariae microphallid từ giai đoạn ấu trùng cercariae xâm nhập cho đến khi trưởng thành thành metacercariae được bao bên trong vật chủ trung gian thứ hai là động vật giáp xác. Lớp vỏ ngoài của metacercariae phát triển các lá và nhú bề mặt, cùng với các túi tiết trên bề mặt, cho thấy lớp vỏ này có chức năng h...... hiện toàn bộ
#Microphallid #Metacercariae #Tegument #Crustacean hosts #Parenchymal cells #Absorption #Cyst formation #Developmental stages
Các tác động chuyển giao của chất hóa dẻo di-2-ethylhexyl phthalate đến sự sống sót, tăng trưởng và sinh sản của Daphnia magna Dịch bởi AI
Vietnam Journal of Science, Technology and Engineering - Tập 61 Số 4 - Trang 64-69 - 2019
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thực hiện đánh giá độc tính mạn tính của di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP) đối với các đặc điểm lịch sử sống của Daphnia magna qua ba thế hệ. Ở thế hệ đầu tiên, các ấu trùng (gọi là Daphnia F0) được nuôi trong môi trường kiểm soát (C, môi trường không có độc tố) hoặc trong môi trường có chứa DEHP ở ba nồng độ 5, 50 và 500 µgl-1, được viết tắt là P5, P50 và P500 tư...... hiện toàn bộ
#chronic effects #life traits #micro-crustacean #plastic additives
Kết quả nghiên cứu bước đầu về thành phần loài động vật đáy (Zoobenthos) ở hồ Phú Ninh, tỉnh Quảng Nam.
Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng - - Trang 160-165 - 2013
 Nghiên cứu về thành phần loài động vật đáy (Zoobenthos) ở hồ Phú Ninh, tỉnh Quảng Nam được thực hiện trên 10 điểm thu mẫu. Kết quả phân tích mẫu vật đã xác định được 28 loài thuộc 21 giống, 14 họ, 5 lớp, 7 bộ. Trong đó; lớp Chân bụng (Gastropoda) có 10 loài thuộc 8 giống, 4 họ, 1 bộ; lớp Hai mảnh vỏ (Bivalvia) có 7 loài thuộc 4 giống, 4 họ, 3 bộ; lớp Giáp xác (Crustacea) với 7 loài...... hiện toàn bộ
#Động vật đáy #Chân bụng #Hai mảnh vỏ #giáp xác #Giun ít tơ #Giun nhiều tơ #hồ Phú Ninh
Cách mà động vật giáp xác vi sinh sống trong môi trường và ảnh hưởng đến hệ sinh thái: góc độ thuộc tính chức năng Dịch bởi AI
International Aquatic Research - Tập 11 - Trang 207-223 - 2019
Các thuộc tính chức năng là những đặc điểm sinh thái có liên quan của các loài. Chúng có liên quan đến cấu trúc cộng đồng trước những yếu tố môi trường (thuộc tính phản ứng) và các quá trình hệ sinh thái (thuộc tính tác động). Đối với động vật giáp xác vi sinh sống, sự liên kết giữa các thuộc tính chức năng và các phản ứng hoặc tác động của chúng không phải lúc nào cũng rõ ràng. Mục tiêu của chúng...... hiện toàn bộ
#thuộc tính chức năng #động vật giáp xác vi sinh sống #hệ sinh thái #phản ứng sinh thái
Chế độ ăn của cá tuyết vị thành niên (tuổi 0–2) ở biển Barents liên quan đến sự sẵn có của thức ăn và sự phát triển của cá tuyết Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 27 - Trang 140-154 - 2003
Nghiên cứu chế độ ăn được tiến hành trên cá tuyết vùng Bắc Cực (Gadus morhua) 0, 1 và 2 tuổi, thu thập ở biển Barents trong giai đoạn 1984–2002. Phân tích nội dung dạ dày cho thấy, nhóm cá 0 và 1 tuổi chủ yếu ăn động vật giáp xác, với sự hiện diện của nhuyễn thể và loài tôm (amphipod) chiếm tới 70% chế độ ăn của chúng. Nhuyễn thể (Thysanoessa spp. và Meganyctiphanes norvegica) và tôm amphipod (The...... hiện toàn bộ
#cá tuyết #chế độ ăn #động vật giáp xác #cá capelin #phát triển cá
Bộ thử nghiệm sinh học biển để đánh giá chất lượng nước và trầm tích biển - nhu cầu, cách tiếp cận và kết quả ban đầu Dịch bởi AI
Ecotoxicology - Tập 11 - Trang 379-383 - 2002
Cần thiết phải xây dựng một bộ thử nghiệm sinh học biển để đánh giá mẫu nước và trầm tích biển tại Đức. Bộ thử nghiệm sinh học biển được lựa chọn, bao gồm hai thử nghiệm cho giai đoạn nước (với vi khuẩn phát quang Vibrio fischeri và tảo Phaeodactylum tricornutum Bohlin) và một thử nghiệm cả trầm tích với động vật giáp xác biển Corophium volutator (Pallas) được mô tả và kết quả ban đầu được trình b...... hiện toàn bộ
#thử nghiệm sinh học biển; chất lượng nước; trầm tích biển; vi khuẩn phát quang; động vật giáp xác.
Độc tính của các chế phẩm diệt khuẩn trong đất đối với cộng đồng vi sinh vật đường ruột ở Balloniscus selowii Brandt, 1983 (Giáp xác: Isopoda: Oniscidea) Dịch bởi AI
Water, Air, and Soil Pollution - Tập 231 - Trang 1-8 - 2020
Ô nhiễm đất do các sản phẩm dược phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân (PPCPs) đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu. Việc liên tục xả thải các sản phẩm này vào môi trường có thể làm suy giảm sức khỏe của các sinh vật không phải mục tiêu cũng như can thiệp vào các tương tác sinh thái giữa các loài. Chúng tôi giả thuyết rằng ô nhiễm đất do các sản phẩm này ảnh hưởng đến vi khuẩn đường ruột của c...... hiện toàn bộ
#Ô nhiễm đất #sản phẩm dược phẩm #vi khuẩn đường ruột #Balloniscus selowii #triclosan #chlorhexidine #sinh thái học.
Sự hấp thụ thuốc trừ sâu và hành vi di chuyển của loài giáp xác: một nghiên cứu thực nghiệm sử dụng theo dõi video và đánh dấu 14C Dịch bởi AI
Ecotoxicology - Tập 5 Số 1 - Trang 35-45 - 1996
Độc tính của dư lượng thuốc trừ sâu trong đất đối với các sinh vật mục tiêu và phi mục tiêu phụ thuộc vào lượng hóa chất được sinh vật hấp thụ. Một trong những yếu tố chính chi phối sự hấp thụ hóa chất là lượng hóa chất mà động vật tiếp xúc, và do đó, là diện tích đất tiếp xúc. Điều này phụ thuộc vào hành vi di chuyển của động vật. Trong nghiên cứu hiện tại, mối quan hệ giữa việc hấp thụ dư lượng ...... hiện toàn bộ
#thuốc trừ sâu #sự hấp thụ #hành vi di chuyển #giáp xác #dimethoate #theo dõi video #động vật phi mục tiêu
Phân loại, địa sinh học và sinh thái học của Benthic Ostracoda (Giáp xác) quý IV từ vùng nước sâu quanh cực của Emerald Basin (Nam Thái Bình Dương) và S Tasman Rise (Biển Tasman) Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 35 - Trang 1-119 - 2005
Benthic Ostracoda đã được thu thập từ 19 mẫu cốt lõi hộp trong chuyến khảo sát SO 136 của tàu nghiên cứu Đức R/V SONNE tại Biển Tasman và Nam Đại Dương (khu vực Tây Nam Thái Bình Dương). Nghiên cứu phân loại chi tiết trên hơn 10.000 mẫu vật thu được từ mười một mẫu cốt lõi hộp từ vùng nước sâu vòng cực của Emerald Basin (Nam Đại Dương) và S Tasman Rise (Biển Tasman) đã dẫn đến việc nhận diện được ...... hiện toàn bộ
#Ostracoda #phân loại #sinh thái #địa sinh học #Nam Đại Dương #Biển Tasman #mẫu cốt lõi hộp #động vật đáy
Địa lý sinh học của động vật giáp xác mười chân sống dưới lòng đất ở Bắc và Trung Mỹ cũng như khu vực Caribbean (Caridea, Astacidea, Brachyura) Dịch bởi AI
Hydrobiologia - Tập 287 - Trang 95-104 - 1994
Một số lượng đáng kể động vật giáp xác mười chân (81 loài troglobite và 58 loài khác sống trong hang) đã được mô tả từ nhiều nguồn nước ngầm ở Bắc và Trung Mỹ (Mỹ kéo dài đến Costa Rica) và từ các đảo ở Bắc Đại Tây Dương và Biển Caribbean, đặt ra nhiều câu hỏi thú vị liên quan đến sự tiến hóa và địa lý sinh học của chúng. Trong số các loài troglobite này, có 36 loài tôm (1 loài procarid, 11 loài a...... hiện toàn bộ
#động vật giáp xác #giáp xác mười chân #troglobite #sinh học ngầm #Bắc Mỹ #Trung Mỹ #Caribbean
Tổng số: 17   
  • 1
  • 2