Trao đổi khí 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



trường hợp có hô hấp kỵ khí một phần (do phân huỷ) thường xảy ra khi thiếu

Oxy, hệ số nầy có thể lớn hơn 1 (1(O2 < CO2). Hệ số hô hấp có thể thay đổi tuỳ

theo nhiều nhân tố của môi trường ngoài.

Cường độ trao đổi khí ở thuỷ sinh vật phụ thuộc vào hai loại nhân tố: đặc điểm

của bản thân cơ thể sinh vật và biến đổi của các nhân tố vô sinh, hữu sinh của

môi trường ngoài.

* Phụ thuộc vào đặc điểm cơ thể sinh vật

Cường độ trao đổi khí phụ thuộc vào thành phần loài, sinh trưởng và trạng thái

sinh lý của cơ thể. Quan hệ giữa cường độ trao đổi khí với kích thước cơ thể

thuỷ sinh vật thể hiện mối quan hệ với thành phần loài và sinh trưởng nhìn

chung là quan hệ nghịch : vật càng lớn, cường độ trao đổi khí càng giảm. quan

hệ nầy có ngoại lệ: có khi cường độ trao đổi khí của vật lớn lại lớn hơn vật nhỏ.

Cường độ trao đổi khí cũng phụ thuộc vào các giai đoạn phát triển của thuỷ sinh

vật. Các giai đoạn phát triển sau có cường độ trao đổi khí cao hơn các giai đoạn

trước. Cường độ trao đổi khí còn phụ thuộc vào độ ăn và hoạt động của thuỷ

sinh vật. Vật càng no mồi, cường độ hô hấp càng cao. Vật càng vận động nhiều,

cường độ hô hấp càng cao.

* Phụ thuộc vào các nhân tố môi trường ngoài

Trong số các nhân tố môi trường ngoài, quan trọng nhất là nhiệt độ, hàm lượng

Oxy trong nước, mật độ thuỷ sinh vật và quan hệ giữa các cá thể. Các nhân tố

khác như nồng độ muối, pH, thành phần ion cũng có ảnh hưởng nhất định tới

cường độ hô hấp của thuỷ sinh vật.

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên cường độ hô hấp rất rất phức tạp. Có khi quan hệ

nầy theo kiểu tăng dần, đều bình thường. Nhưng thường là khi nhiệt độ tăng,

cường độ hô hấp tăng tới một giới hạn nào đó rồi ngừng tăng trong một khoảng

nhiệt độ nhất định, đặc trưng cho từng loài, rồi lại tiếp tục tăng lên. Vùng nhiệt

độ nầy, cường độ hô hấp hầu như không thay đổi gọi là “vùng nhiệt độ thích

ứng”. Trong khoảng nhiệt độ tăng nầy, nhờ khả năng tự điều hoà, thuỷ sinh vật

giữ được cân bằng năng lượng, cơ thể không phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ

bên ngoài. điều nầy chứng tỏ rằng, trao đổi khí là một quá trình sinh học tự điều

hoà, không phải đơn thuần là một quá trình hoá động học hoàn toàn phụ thuộc

vào điều kiện nhiệt độ bên ngoài.

Hàm lượng Oxy trong nước khi giảm tới một giới hạn nhất định mới làm cường

độ hô hấp giảm đi. Giới hạn nầy phụ thuộc vào thành phần loài ở thuỷ sinh vật

và nhiệt độ nước. Có khi cường độ trao đổi khí gần như không phụ thuộc vào

áp lực Oxy trong nước.

Nồng độ muối ảnh hưởng tới cường độ trao đổi khí thông qua sự thay đổi

cường độ điều hoà thẩm thấu: khi thay đổi nồng độ muối làm tăng cường hoạt

động điều hoà thẩm thấu, cường độ hô hấp sẽ tăng lên. Trong trường hợp

ngược lại cường độ hô hấp sẽ giảm đi. Hiện tượng nầy thấy ở nhiều loài thực

vật và động vật khi nồng độ muối thay đổi (tôm, giun, cá, tảo). Trường hợp thứ

hai, cường độ hô hấp giảm đi khi nồng độ muối thay đổi khác với nồng độ muối

tối thuận đối với thuỷ sinh vật. Hiện tượng nầy thấy ở nhiều loài thân mềm, giun



và nhiều động vật khác. Sự thay đổi cường độ hô hấp theo sự thay đổi nồng độ

muối chỉ thấy trong thời gian đầu mà thôi. Sau một thời gian có hiện tượng thích

ứng của thuỷ sinh vật với với sự thay đổi của nồng độ muối và cường độ hô hấp

trở lại bình thường. Ngoài nồng độ muối chung, thành phần ion thay đổi cũng có

ảnh hưởng tới cường độ hô hấp. Hàm lượng Ca tăng làm giảm cường độ hô

hấp của nhiều thuỷ sinh vật. Cường độ hô hấp tăng khi mật độ cá thể trong

quần thể tăng cao hay khi nơi ở hẹp lại. nhưng khi mật độ quá cao, cường độ

hô hấp lại giảm đi. Đối với các thuỷ sinh vật sống thành bầy, cá thể trong bầy có

cường độ hô hấp thấp hơn khi sống lẻ loi.

3. Khả năng thích ứng với điều kiện thiếu Oxy của thuỷ sinh vật

Đa số thuỷ sinh vật là bọn sống cần Oxy. Chúng chỉ có thể sống trong một giới

hạn hàm lượng Oxy nhất định . Chỉ có một số ít, chủ yếu là vi khuẩn và động vật

nguyên sinh là có thể sống trong điều kiện kỵ khí. Đối với bọn sống cần Oxy, khi

điều kiện Oxy giảm xuống quá giới hạn chịu được, thường gọi là ngưỡng Oxy,

sẽ chuyển sang trạng thái sống tiềm sinh thiếu Oxy (anoxybiose) trong một thời

gian. Khi hàm lượng Oxy cao lên, chúng trở lại hoạt động bình thường. Nếu

hàm lượng Oxy tiếp tục giảm nữa sẽ gây chết cho thuỷ sinh vật.

Khả năng chịu điều kiện thiếu Oxy ở thuỷ sinh vật thay đổi theo từng loài và

theo sự thay đổi của tình trạng cơ thể và của môi trường ngoài.



Chương 5: Sự Phân Bố Của Thuỷ Sinh Vật Và Đời Sống

Quần Thể, Quần Loại Thuỷ Sinh Vật

Sự phân bố của thủy vật

Sự phân bố của thuỷ sinh vật hiện nay trong thủy quyển là kết quả của cả quá

trình hình thành lâu dài. Quá trình đó có quan hệ chặt chẽ với các biến cố trong

lịch sử địa chất với sự biến đổi các nhân tố vô sinh và hữu sinh của môi trường

nước trên trái đất. Chúng quyết định các hình thái phân bố của thủy sinh vật

trong thủy quyển. Nếu nhìn khái quát và trong từng thời điểm nhất định, có thể

coi tình hình phân bố chung của thủy sinh vật trong thủy quyển là ổn định.

Nhưng thực tế qua từng khoảng thời gian, sự phân bố của thủy sinh vật trong

thủy quyển lại có những biến động tuân theo những qui luật nhất định xảy ra

trong đời sống thủy vật. Tuỳ theo đặc điểm sinh học của từng nhóm, từng loài

thủy sinh vật làm cho sự phân bố của chúng trong thủy quyển trở nên phức tạp

hơn.



Phân bố theo vĩ độ (phân bố theo chiều ngang)

Phân bố thuỷ sinh vật theo vùng vĩ độ, tuân theo một số qui luật về thành phần

loài cũng như về đặc tính số lượng.



Tính đa dạng của thành phần loài tăng dần từ vùng cực về xích đạo.

Nguyên nhân do khu hệ thuỷ sinh vật nhiệt đới là khu hệ cổ, thành phần loài

phong phú, do các điều kiện sống ở vùng nhiệt đới thuận lợi, do nhịp điệu hình

thành loài ở vùng nhiệt đới mạnh hơn các vùng khác, tạo nên thành phần đa

dạng ở vùng nầy.

Số lượng thuỷ sinh vật giảm dần từ các vùng vĩ độ cao về xích đạo.

Nguyên nhân chính là ở vùng xích đạo nhiệt độ chênh lệch hằng năm không

lớn. Chu chuyển nước theo chiều thẳng đứng từ dưới sâu lên tầng mặt không

xảy ra nên không đưa được khối lượng muối dinh dưỡng tích tụ từ tầng sâu lên

mặt. Ở vùng ven xích đạo, nơi có nhiều dòng nước thẳng đứng như vậy, số

lượng thuỷ sinh vật tăng lên rõ rệt. Cũng có thể do điều kiện nhiệt độ cao,

cường độ trao đổi chất ở cơ thể thuỷ sinh vật vùng nhiệt đới cũng tăng cao nên

năng lượng tiêu hao vào hoạt động sống của thuỷ sinh vật cũng nhiều hơn, nên

làm giảm khối lượng sinh chất hình thành trong quá trình sinh trưởng và phát

triển. Nhìn chung các quần thể thuỷ sinh vật ở vùng vĩ độ thấp có số lượng cá

thể nhỏ hơn so với các quần thể thuỷ sinh vật ở vùng vĩ độ cao, do đó làm giảm

số lượng và khối lượng chung. Điều nầy có liên quan tới mức độ hạn chế của

độ sinh trưởng và sinh sản của thuỷ sinh vật ở vùng vĩ độ thấp.

Kích thước và độ mỡ của thuỷ sinh vật giảm dần từ các vùng vĩ độ cao về xích

đạo.

Hiện tượng nầy có thể thấy ở nhiều nhóm thuỷ sinh vật từ động vật nguyên sinh

tới thân mềm, giáp xác. Đây là kết quả của quá trình phát triển nhanh, chóng

trưởng thành, hạn chế kích thước sinh trưởng của sinh vật nhiệt đới trong điều

kiện nhiệt độ cao và đặc điểm thích ứng với chế độ ăn liên tục trong suốt cả

mùa vụ (không có giai đoạn ngừng ăn vào mùa lạnh), không cần tích trữ mỡ

như các sinh vật xứ lạnh.

Càng về phía xích đạo, thuỷ sinh vật biển càng dễ đi vào nước ngọt nội địa hơn.

Nói cách khác cường độ di nhập của sinh vật biển vào nước ngọt nội địa mạnh

hơn so với các vùng vĩ độ cao. Ở vùng xích đạo nhiệt đới, đặc biệt là vùng Đông

Nam Á, có hiện tượng nhiều nhóm sinh vật biển như cá, giáp xác, giun nhiều tơ,

dễ dàng đi vào các sông lớn, nhiều khi đi vào những điểm rất xa biển. Hiện

tượng nầy ít thấy ở các vùng vĩ độ cao. Sự sai khác giữa môi trường biển và và

nước ngọt nội địa dường như giảm bớt đi từ các vùng vĩ độ cao về xích đạo.

Hiện tương nầy được giải thích bởi nhiều nguyên nhân khác nhau. Ở vùng xích

đạo nhiệt đới có mưa nhiều làm nhạt hẳn nước các vùng ven biển, tạo điều kiện

cho các sinh vật biển, trước hết là động vật dễ thích ứng với điều kiện nước

nhạt ở các thuỷ vực nội địa. Hàm lượng Bicarbonate ở nước biển và nước ngọt

vùng nhiệt đới xấp xĩ như nhau. Điều nầy làm cho sinh vật biển khi đi vào nước

ngọt nội địa không gặp khó khăn lớn trong quá trình hô hấp. Vì Bicarbonate giữ

vai trò quan trọng trong hô hấp của thuỷ sinh vật. Trong lịch sử địa chất, vùng

nhiệt đới đã xảy ra nhiều hiện tượng biển tiến, biển lùi, tạo nên một khu hệ thuỷ