Trao đổi nước và muối ở thuỷ sinh vật

Trong thiên nhiên cũng thường có hiện tượng thủy sinh vật biển di nhập vào

nước ngọt hay từ nước ngọt ra biển một thời gian. Từ những hiện tượng trên có

thể đặt ra hai vấn đề:

• Giữa cơ thể thủy sinh vật và môi trường nước có quan hệ nhất định về



thành phần và nồng độ muối hay có thể gọi là quan hệ thẩm thấu, đó là

điều kiện để thủy sinh vật sống được bình thường.

• Thủy sinh vật có khả năng điều hòa quan hệ thẩm thấu nầy chống lại



những biến đổi nồng độ muối và thành phần muối của cơ thể, do biến đổi

nồng độ muối và thành phần muối của môi trường nước bên ngoài.

* Quan hệ thẩm thấu giữa thủy sinh vật với môi trường nước

Để chỉ quan hệ thẩm thấu, so sánh giữa cơ thể thủy sinh vật với môi trường

ngoài, người ta dùng các khái niệm:

• Quan hệ thẩm thấu tương đương (hay đẳng trương : Isotonic): khi dịch cơ



thể và môi trường nước bên ngoài có áp suất thẩm thấu bằng nhau.

• Quan hệ thẩm thấu cao hơn (hay ưu trương : Hypertonic) :khi dịch cơ thể



có áp suất thẩm thấu cao hơn.

• Quan hệ thẩm thấu thấp hơn (hay nhược trương: Hypotonic) :khi dịch cơ



thể có áp suất thẩm thấu thấp hơn.

Căn cứ vào quan hệ biến đổi giữa áp suất thẩm thấu của dịch cơ thể và của môi

trường, có thể chia thủy sinh vật thành các nhóm sau:

• Biến thẩm thấu Poikiloosmotic: Dịch cơ thể có quan hệ thẩm thấu tương



đương và biến đổi theo môi trường ngoài, chúng không có khả năng điều

hòa thẩm thấu. Đa số động vật không xương sống biển thuộc vào nhóm

nầy. Trong động vật nước ngọt có nhóm hải miên, ruột khoang, giun ít tơ

, đỉa, thân mềm, giáp xác chân mang là các động vật biến thẩm thấu.

• Đồng thẩm thấu Homoiosmotic: Khi dịch cơ thể có áp suất thẩm thấu cao



hơn hay thấp hơn hay tương đối độc lập với môi trường ngoài, thủy sinh

vật có khả năng điều hòa áp suất thẩm thấu. Trong nhóm nầy có động

vật có xương sống nước ngọt, côn trùng và ấu trùng côn trùng, cá, giáp

xác cao ở biển và nước ngọt.

• Giả đồng thẩm thấu Pseudohomoiosmotic: Động vật biến thẩm thấu,



nhưng do ở xa bờ hay ở đáy biển sâu nồng độ muối hầu như không thay

đổi, nên áp suất thẩm thấu của của dịch cơ thể cũng không thay đổi, tuy

chúng không có khả năng điều hòa thẩm thấu.

* Hoạt động điều hòa muối ở thủy sinh vật

(Hình37)

Điều hòa muối là quá trình hoạt động của cơ thể đảm bảo cho dịch cơ thể giữ

nguyên được nồng độ và thành phần muối nhất định của mình chống lại những

biến đổi của môi trường ngoài. Do thành phần muối trong cơ thể thủy sinh vật,

không những chỉ sai khác về mặt nồng độ chung mà còn sai khác về cả thành



phần ion nữa. Vì vậy, quá trình điều hòa phải đảm bảo cả hai mặt: điều hòa

nồng độ muối chung (hay điều hòa thẩm thấu) và điều hòa thành phần ion (hay

điều hòa ion).

Điều hòa muối ở thủy sinh vật có thể tiến hành theo hai hướng:

• Điều hòa tăng: nhằm chống hiện tượng giảm áp suất thẩm thấu của cơ



thể.

• Điều hòa giảm: chống hiện tượng tăng áp suất thẩm thấu của cơ thể. Hai



quá trình nầy tiến hành ở bọn đồng thẩm thấu. Tùy theo quan hệ thẩm

thấu đối với môi trường ngoài của từng loại và biến đổi của môi trường

ngoài. Trường hợp thứ ba là thủy sinh vật không tiến hành điều hòa thẩm

thấu, luôn có quan hệ thẩm thấu tương đương với môi trường ngoài.

* Cơ chế điều hòa muối ở thủy sinh vật

• Điều hòa thụ động: điều hòa thụ động nhờ hiện tượng khuyếch tán các

chất từ môi trường có nồng độ muối cao sang môi trường có nồng độ

muối thấp qua màng tế bào cơ thể. Trường hợp phải chống lại sự xâm

nhập của muối vào cơ thể hay thoát muối ra khỏi cơ thể là nhờ vào tính ít

thấm qua của các tế bào thành cơ thể (đặc biệt ở thực vật có các tế bào

có màng chắc). Nhờ vậy các động vật nước ngọt khi có áp suất thẩm

thấu của dịch.mô cao hơn môi trường ngoài từ 0,5 - 1atm nhưng nước

vẫn không vào các tế bào được do tính chất của màng tế bào. Khả năng

thấm qua màng tế bào của các chất hòa tan phụ thuộc vào độ lớn và độ

phân cực của các phân tử (kích thước và độ phân cực càng thấp thì thì

càng dễ lọt qua). Các ion muối N,.P,Si và các muối khác xâm nhập vào tế

bào tảo theo cách thẩm thấu nầy.

• Điều hòa chủ động: thực hiện nhờ các tế bào đặc biệt ở bề mặt cơ thể



hay trên các cơ quan đặc biệt không cần tới lực khuyếch tán. Có thể coi

quá trình điều hòa chủ động như một quá trình hấp thu và bài tiết có chọn

lọc các ion cần thiết hay không cần thiết cho cơ thể, đảm bảo cho dịch cơ

thể có thành phần hóa học nhất định hay đặc trưng cho từng loài.

• Biến đổi của khả năng điều hòa muối ở thủy sinh vật: khả năng thích ứng



với nồng độ muối phụ thuộc vào khả năng điều hòa muối ở thủy sinh vật.

Khả năng nầy tăng lên khi con vật được huấn luyện dần với sự thay đổi

nồng độ muối. Nồng độ muối của dịch cơ thể thủy sinh vật bao giờ cũng

trong khoảng 5 -8%o, và đây là ngưỡng sinh lý chung ở thủy sinh vật,

cần thiết cho các quá trình sống trong cơ thể tiến hành được. Khi nồng

độ muối môi trường ngoài vượt quá khả năng điều hòa nước thì sinh vật

chuyển sang sống tiềm sinh sau khi thải ra môi trường một lượng nước

khá lớn.

(hình38)

Ý nghĩa sinh học của thành phần ion trong môi trường nước:

• Các ion có tính chất đối kháng về sinh lý, khử độc lẫn nhau: Nếu là hai ion



có tác dụng lẫn nhau, như Ca (giảm độ thấm màng tế bào) và Na (tăng



độ thấm màng tế bào) thì ta có tính đối kháng phân cực. Nếu là hai ion có

tác dụng giống nhau nhưng khử nhau khi hòa lẫn (Ca và K) thì ta có tính

đối kháng không phân cực.

• Đặc tính sinh lý của các muối là do các cation quyết định.

• Muốn cho cho dung dịch khỏi độc, đảm bảo đời sống bình thường của



thủy sinh vật thì trong dung dịch cần có một tỷ lệ nhất định giữa ion hóa

trị 1 và hóa trị 2, hệ số nầy gọi là hệ số Lôb và đặc trưng cho mỗi loài.

Lôb cũng đã chứng minh rằng khi độ muối chung giảm, để đảm bảo hoạt động

sinh lý bình thường của thủy sinh vật thì hệ số nầy giảm theo hướng tăng thêm

ion hóa trị 2 (ca, Mg), giảm bớt ion hóa trị 1(Na, K).

Các thí nghiệm của Ostwald cho thấy dung dịch muối càng gần với nước biển

về thành phần muối thì sinh vật càng phát triển tốt. Ví dụ: Chất lượng dung dịch

muối tăng dần theo thành phần muối phức tạp như sau:

NaCl < NaCl + KCl < NaCl + KCl + CaCl2 ….

Do đó các ion không chỉ quan trọng về mặt hóa trị mà còn có đặc tính riêng của

từng ion. Ion cùng dấu, cùng hóa trị nhưng có tác dụng sinh lý khác nhau như

Na, K, Ca, và Mg.

Các thí nghiệm của Ostwald cũng chứng tỏ về mặt sinh lý nguồn gốc biển của

thủy sinh vật. Thành phần muối gần với thành phần muối nước biển thuận lợi

đối với sinh lý bình thường của thủy sinh vật, chứng tỏ môi trường sống nguyên

thủy của chúng phải là môi trường biển.

Hiện tượng tích trữ muối hòa tan ở thủy sinh vật: thấy nhiều ở sinh vật biển,

lượng muối nầy rất lớn như tảo khuê (Bacillariophyta) có 80%Si, Mollusca có

50% Ca, Laminaria có hàm lượng Iod gấp 30.000 lần, Hải tiêu có hàm lượng

Vanadium gấp 280.000 lần hàm lượng trong nước biển. Do đó thủy sinh vật giữ

vai trò quan trọng trong chu trình muối khoáng ở thủy vực. Ngoài hoạt động điều

hòa muối, chúng còn ảnh hưởng tới khối lượng muối trong thủy vực bằng khả

năng tích tụ.

2. Trao đổi nước giữa cơ thể sinh vật với môi trường ngoài.

Trao đổi nước giữa thủy sinh vật với môi trường ngoài được tiến hành trong các

hoạt động sống (tiêu hóa, bài tiết, hô hấp, trao đổi nước và muối). Môi trường

nước là điều kiện tồn tại của thủy sinh vật, do đó để bảo vệ khả năng sống khi bị

tách rời khỏi môi trường nước, thủy sinh vật có những thích ứng về mặt cấu tạo

cũng như về sinh lý, nhằm bảo đảm giữ cho cơ thể một lượng nước cần thiết để

duy trì đời sống. Có thể có nhiều cách : lẫn vào nơi kín để khỏi mất nước, có

cấu tạo bảo vệ lượng nước cơ thể, chuyển sang sống tiềm sinh trong điều kiện

khô cạn.

- Lẫn vào nơi kín đáo để bảo vệ lượng nước trong cơ thể

Khi thủy vực bị khô cạn, trước hết thủy sinh vật chạy khỏi nơi bị khô cạn.

Trường hợp không ra khỏi nơi đó, các động vật có xu hướng lẫn vào nơi kín

(gầm đá tầng, gần các vật dưới nước), tự vùi xuống cát, xuống lớp bùn đáy để



giảm bốc hơi nước cơ thể. Các lối lẫn trốn trên thấy ở các sinh vật vùng triều ở

biển. Lối chung xuống bùn phổ biến ở động vật nước ngọt. Các động vật có khả

năng nầy rất nhiều: côn trùng cánh nửa (Hemiptera) ấu trùng muỗi, chuồn

chuồn, đỉa, giun ít tơ, ốc Planorbidae, Bithymidae, Viviparidae, Pilidae,

Limnaeidae, trai Sphaeridae, giáp xác sống nổi Diacyclops, Megacyclops, một

số loài cá. Các động vật nầy có thể xuống sâu đến 1m và có thể sống kéo dài

như vậy hàng tháng, có khi hàng năm.

- Cấu tạo bảo vệ lượng nước trong cơ thể:

Cấu tạo bảo vệ thường thấy là vỏ cơ thể dày như lớp biểu bì ở Chân khớp và

vỏ đá vôi ở thân mềm, nắp miệng ở ốc. Một loại cấu tạo bảo vệ đặc sắc khác là

bào xác ở động vật nguyên sinh. trứng nghỉ ở giáp xác râu ngành. Luân trùng

có thể chịu điều kiện khô cạn tới hàng năm. một số sinh vật chống khô cạn bằng

cách thu nhỏ thể tích, tiết màng bọc rồi chuyển sang sống tiềm sinh. Khả năng

này thấy ở động vật nguyên sinh, luân trùng, bò chậm (Tardigrada), giun tròn,

ấu trùng côn trùng. Khi gặp nước, vật sống tiềm sinh lại hồi sinh lại dần dần,

mau hay chậm tuỳ theo thời gian sống tiềm sinh mau hay lâu.



Trao đổi khí ở thuỷ sinh vật

Trao đổi khí được thực hiện ở thuỷ sinh vật trong quá trình quang hợp hô hấp

và quá trình nầy diễn ra trong môi trường nước. Vì vậy việc trao đổi khí một mặt

phụ thuộc vào đặc điểm thich ứngcủa thuỷ sinh vật, mặt khác phụ thuộc phụ

thuộc vào chế độ khí trong môi trường nước. Nhiều thuỷ sinh vật chuyển sang

sống tiềm sinh trong điều kiện không có Oxy, khi có đủ Oxy chúng hoạt động hô

hấp trở lại.

1. Tính thích ứng của thuỷ sinh vật với điều kiện hô hấp trong nước

Hô hấp của thuỷ sinh vật trong nước là nhờ qui luật khuyếch tán của Oxy và

CO2 qua thành cơ thể và trong môi trường nước. Hệ số khuyếch tán của Oxy

trong nước thấp hơn 320 lần so với trong không khí. Do đó thuỷ sinh vật lấy Oxy

trong nước khó hơn sinh vật ở cạn lấy Oxy trong không khí. Ngược lại việc việc

thải CO2 trong nước lại dễ hơn nhiều so với ở cạn. Một mặt do hệ số khuyếch

tán trong nước trong nước của CO2 khá cao, gấp 25 lần hơn hệ số khuyếch tán

Oxy. Mặt khác nhờ trong nước có muối Carbonate trung hoà nhanh chóng CO2

thải ra theo sơ đồ

CO2



H2CO3



Ca(HCO3)2



CaCO3 hoà tan



CO3Ca lắng đọng



Trao đổi khí của thuỷ sinh vật phụ thuộc rất chặt chẽ với các điều kiện của môi

trường nước (hàm lượng khí trong nước, nhiệt độ, độ mặn, chuyển động của

nước) và với đặc điểm cấu tạo thích ứng cơ thể của thuỷ sinh vật.

Cũng do đặc điểm của môi trường nước về mặt trao đổi khí như vậy, nên các

thuỷ sinh vật thứ sinh trong khi giữ nguyên lối hấp thụ Oxy của sinh vật ở cạn

(phổi), lại có xu hướng chuyển sang lối thải CO2 của sinh vật ở nước (qua bề

mặt cơ thể).

* Thích ứng về mặt cấu tạo cơ thể ở thuỷ sinh vật



Phát triển theo hai hướng :mở rộng diện tích cơ thể để tăng cường diện tiếp xúc

và làm mỏng thành cơ thể để để khí dễ khuyếch tán. Các thuỷ sinh vật không có

cơ quan hô hấp chuyên hoá đều có kích thước nhỏ, do đó có diện tích tương

đối lớn: động vật nguyên sinh, luân trùng, giáp xác nhỏ. Các cơ quan hô hấp

chuyên hoá của thuỷ sinh vật (mang, khí quản) phân nhánh hoặc có số lượng

nhiều cũng nhằm tăng cường diện tiếp xúc của cơ thể với môi trường nước,

tăng cường trao đổi khí.

Ngoài các cơ quan hô hấp nhằm tăng cường diện tiếp xúc của cơ thể với môi

trường nước, ở nhiều thuỷ sinh vật còn có các cơ quan thích ứng đặc biệt khác

như ấu trùng ruồi Eristalis, muỗi Culex, bã trầu (Nepa) có những ống thở dài

nên có thể thò ra ngoài mặt bùn, hay thò lên mặt nước để lấy Oxy. Nhện nước

Argyroneta có chuông khí bằng tơ để chứa không khí dự trữ khi sống chìm dưới

nước.

* Tạo điều kiện trao đổi khí tốt của môi trường nước

Đó là những cách được thuỷ sinh vật thực hiện như di chuyển tới nơi có nhiều

Oxy, tạo dòng nước chảy qua cơ thể mang Oxy tới và phân tán khí Carbonic đi,

dựa vào hoạt động tiết Oxy của thực vật.

* Phối hợp giữa lối hô hấp ở cạn và ở nước

Đó là đặc điểm thích ứng thấy ở nhiều thực vật và động vật, đặc biệt ở các động

vật sống ở vùng ven bờ và sống trôi trên mặt nước như sen, sứa ống, các loài

ốc có phổi, ốc có mang, cua dừa, cáy, còng, cá, ếch, nhái.

2. Cường độ trao đổi khí ở thuỷ sinh vật

Cường độ trao đổi khí được thể hiện bằng lượng Oxy sinh vật sử dụng trong

một thời gian, trên một đơn vị trọng lượng cơ thể, tính theo đơn vị

mgOxy/1gram /1giờ.

Ta biết rằng, khi đốt cháy hết cùng một lượng Protid. Glucid, Lipid, cần có

những lượng Oxy khác nhau và lượng năng lượng toả ra cũng sẽ khác nhau

theo từng loại vật chất, nhưng đồng thời tỷ số giữa lượng Oxy sử dụng và năng

lượng toả ra đều xấp xĩ như nhau.

Năng lượng toả ra khi đốt 1gr

(K)



Oxy cần để đốt 1gr

(O)



K/O



Protid



5,78



1,75



3,30



Lipid



9,46



2,88



3,28



Glucid



4,18



1,18



3,53



Vật chất



Hệ số K/O (lượng Calo toả ra khi đốt 1gr vật chất và lượng Oxy cần để đốt) gọi

là hệ số OxyCalo. Các nghiên cứu của Ivơlev(1939) cho thầy, hệ số nầy ở thuỷ

sinh vật trung bình 3,38cal/mgO2. Hệ số nầy không phụ thuộc vào điều kiện môi

trường sống của thuỷ sinh vật. Hệ số CO2/O2 gọi là hệ số hô hấp. Hệ số nầy

trong trường hợp hô hấp hiếu khí thường nhỏ hơn 1 (O2 > CO2). Nhưng trong