Rệp muội sinh con không cần giao phối: vì sao rệp sinh sôi nhanh đến vậy

Rệp muội sinh sôi nhanh vì con cái đẻ ra con cái mà không cần con đực, đẻ thẳng ra con non chứ không qua trứng, và con non khi chào đời đã mang sẵn phôi của thế hệ tiếp theo trong bụng. Ở vùng khí hậu ấm, một con rệp chỉ cần khoảng một tuần đến mười ngày để trưởng thành rồi đẻ vài con mỗi ngày, nên chỉ sau vài tuần, một ngọn cây non có thể kín đặc rệp.

Rệp muội là ai

Rệp muội (còn gọi là rệp vừng, rầy mềm, tiếng Anh là aphid) là những côn trùng thân mềm dài 1–4 mm, thuộc họ Aphididae, có khoảng 5.000 loài trên thế giới. Chúng cắm vòi chích hút vào mạch rây (phloem) của cây, nơi nhựa chảy giàu đường. Ở Việt Nam, những loài quen mặt gồm rệp đậu đen (Aphis craccivora) trên các cây họ đậu, rệp bông (Aphis gossypii) trên bầu bí, ớt, bông, và rệp đào (Myzus persicae) trên rau cải, khoai tây và hàng trăm loài cây khác.

Điều làm các nhà sinh học mê rệp muội không phải tác hại mà là cách chúng sinh sản, một trong những cỗ máy nhân bản hiệu quả nhất của thế giới động vật.

Ba mẹo sinh sản chồng lên nhau

Trinh sản: không cần con đực

Trong mùa thuận lợi, quần thể rệp chỉ toàn con cái. Mỗi con cái sinh con bằng trinh sản (parthenogenesis): trứng phát triển thành phôi mà không cần thụ tinh, nên con sinh ra giống mẹ gần như hoàn toàn về di truyền. Không mất thời gian tìm bạn tình, không "lãng phí" một nửa số con làm con đực không đẻ được, mỗi cá thể đều là một con mẹ tương lai.

Đẻ con: bỏ qua giai đoạn trứng

Thay vì đẻ trứng rồi chờ trứng nở, rệp cái trinh sản đẻ thẳng ra con non đã hình thành đầy đủ. Con non bắt đầu chích hút gần như ngay lập tức.

Thế hệ lồng nhau

Đây là chi tiết lạ nhất: khi còn nằm trong bụng mẹ, phôi rệp đã bắt đầu tạo phôi của chính nó. Một con rệp mẹ vì thế có thể mang trong mình con gái, và trong con gái là cháu gái đang phát triển: ba thế hệ trong một cơ thể. Các nhà sinh học gọi đó là "thế hệ lồng nhau" (telescoping generations), như những con búp bê gỗ Nga lồng vào nhau. Nhờ vậy, khoảng cách từ lúc sinh ra tới lúc bắt đầu đẻ được rút ngắn đáng kể.

Phép tính: một con rệp sau năm mươi ngày

Để dễ tính, giả định mỗi con rệp sống đủ để đẻ 50 con cái, và mỗi thế hệ cách nhau khoảng 10 ngày. Bỏ qua mọi cái chết.

Một con rệp trưởng thành nặng cỡ nửa miligam. 312,5 triệu con nặng khoảng 156 kg, ngang hai người lớn, chỉ sau chưa đầy hai tháng và xuất phát từ một con duy nhất. Thực tế các thế hệ chồng lấn lên nhau (con lớn trước đã đẻ trong khi mẹ vẫn đang đẻ), nên tăng trưởng còn có thể nhanh hơn bảng trên nếu không có gì cản.

Nhà sinh học người Anh Thomas Henry Huxley, trong một công trình về sinh sản của rệp vào cuối thập niên 1850, đã làm một phép tính tương tự và thường được trích dẫn: thế hệ thứ mười của một con rệp, nếu tất cả đều sống, sẽ nặng hơn khối lượng của 500 triệu người, nhiều hơn toàn bộ dân số Trung Quốc thời ấy. Con số cụ thể phụ thuộc vào giả định, nhưng thông điệp vẫn giữ nguyên: thứ giữ rệp lại không phải khả năng sinh sản của chúng.

Khi đông quá thì mọc cánh

Phần lớn rệp trong một quần thể đang lớn không có cánh: không cánh thì tiết kiệm năng lượng để đẻ. Nhưng khi ngọn cây quá chật, khi rệp chạm vào nhau liên tục, hoặc khi cây chủ già đi và nhựa kém, những con mẹ bắt đầu đẻ ra con có cánh. Con có cánh trưởng thành chậm hơn, đẻ ít hơn, nhưng bay được, theo gió tìm cây mới và lập một quần thể mới ở đó.

Đây là một mạch điều chỉnh tinh tế: mật độ thấp thì dồn sức vào đẻ, mật độ cao thì dồn sức vào phát tán. Tương tự châu chấu chuyển sang pha bầy đàn khi chen chúc, chỉ khác ở chỗ rệp không đi thành đàn mà toả ra.

Vòng đời có con đực ở xứ lạnh

Ở vùng ôn đới, khi ngày ngắn dần vào mùa thu, rệp bắt đầu đẻ ra con đực và con cái hữu tính. Chúng giao phối, đẻ trứng thật sự, và trứng qua đông trên cành cây. Mùa xuân, trứng nở ra một con cái "sáng lập", mở đầu lại chuỗi trinh sản. Sinh sản hữu tính một lần mỗi năm giúp xáo trộn gen, tạo ra biến dị. Ở xứ nóng như phần lớn Việt Nam, nhiều loài rệp gần như bỏ hẳn giai đoạn này, trinh sản quanh năm.

Ăn đường thừa, thải mật ngọt

Nhựa mạch rây rất giàu đường nhưng lại nghèo nhiều loại axit amin thiết yếu. Rệp giải quyết bằng hai cách. Thứ nhất, chúng sống chung với một loại vi khuẩn cộng sinh tên Buchnera aphidicola, nằm trong những tế bào chuyên biệt trong bụng rệp, tổng hợp các axit amin còn thiếu. Vi khuẩn này được truyền thẳng từ mẹ sang phôi, nên mỗi con rệp sinh ra đã có sẵn "nhà máy" của mình.

Thứ hai, để lấy đủ đạm, rệp phải hút rất nhiều nhựa và thải ra lượng đường thừa dưới dạng giọt mật ngọt (honeydew). Kiến mê mật này: nhiều loài kiến "chăn" rệp, bảo vệ chúng khỏi kẻ thù để đổi lấy mật, thậm chí mang rệp tới cây mới. Mật ngọt rơi xuống lá cũng là nền cho nấm muội đen phát triển, lớp bồ hóng đen hay thấy trên lá cây bị rệp.

Thứ giữ rệp không tràn ngập thế giới

Nếu khả năng sinh sản không phải giới hạn, thì cái gì là giới hạn? Câu trả lời là một mạng lưới kẻ thù và điều kiện:

Một điều đáng chú ý là kẻ thù của rệp sinh sản chậm hơn rệp. Vì vậy đầu mùa quần thể rệp thường bùng trước, rồi bọ rùa và ong ký sinh mới đuổi kịp sau vài tuần. Đó là lý do người làm vườn đôi khi thấy rệp "tự biến mất" nếu kiên nhẫn chờ, và cũng là lý do phun thuốc diệt sạch mọi côn trùng có thể khiến rệp quay lại dữ hơn vì kẻ thù của chúng chết theo.

Góc nhìn hôm nay: một ngọn cải là phòng thí nghiệm

Muốn tự thấy toán sinh sôi của rệp, chỉ cần một chậu rau cải hay đậu trong vườn. Khi thấy vài con rệp đầu tiên trên đọt non, dùng kính lúp đếm số rệp trên một ngọn, ghi lại mỗi hai ngày. Vẽ số đếm lên giấy kẻ ô sẽ thấy giai đoạn đầu tăng theo cấp số nhân, rồi chậm lại hoặc giảm khi bọ rùa xuất hiện hay khi rệp có cánh bắt đầu bay đi. Nhìn kỹ có thể thấy con rệp mẹ đẻ con non ngay trên lá.

Rệp muội cũng là sinh vật mẫu quan trọng: bộ gen rệp đậu Hà Lan (Acyrthosiphon pisum) được giải trình tự năm 2010, giúp các nhà khoa học tìm hiểu cách một con vật đổi giữa sinh sản trinh sản và hữu tính, giữa có cánh và không cánh, chỉ bằng tín hiệu từ môi trường.