Bài giảng Chỉ thị sinh học môi trường - Chương 3: Chỉ thị sinh học môi trường nước - Phần bảy: Ếch nhái - Nguyễn Thế Nhã

Nội dung text: Bài giảng Chỉ thị sinh học môi trường - Chương 3: Chỉ thị sinh học môi trường nước - Phần bảy: Ếch nhái - Nguyễn Thế Nhã

1. 22-Apr-15 3. CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG PHẦN BẢY – ẾCH NHÁI ẾCH NHÁI LÀ SINH VẬT CHỈ THỊ Nguồn: Tony Li, Michael Ivanov, Jasmine Gallup ẾCH NHÁI LÀ SINH VẬT CHỈ THỊ QUAN HỆ DINH DƯỠNG Lý do dùng ếch nhái làm sinh vật chỉ thị: • Do hô hấp qua da nên chịu tác động nhiều hơn khi 1. Ếch nhái ăn gì? môi trường không khí và nước bị ô nhiễm. – Côn trùng (đa số) – • Ếch nhái cần sinh cảnh có nước để sinh sản tác Cá con (một số) động trực tiếp của chất lượng nước khi có biến đổi 2. Nhóm động vật nào ăn ếch nhái? khí hậu và tác động của con người. – Cá lớn • Thường di chuyển giữa các sinh cảnh (ví dụ từ nước – Chim bắt mồi ăn thịt – Bò sát lên cạn). Xáo trộn môi trường (ví dụ đường xá, giao – Thú nhỏ thông) có thể ảnh hưởng tới sự di chuyển này. 3. Nòng nọc ăn gì? • Ấu trùng (nòng nọc): hệ sinh thái nước – Tảo (còn sống) – Tảo (đã chết) • Trưởng thành: hệ sinh thái đồng ruộng hoặc rừng • Hai chuỗi thức ăn: dưới nước và trên cạn 1
2. 22-Apr-15 ẾCH NHÁI LÀ SINH VẬT CHỈ THỊ • Ếch nhái đang dần biến mất ở mức báo động. • Nhiều loài ếch nhái là loài sinh vật chỉ thị • Một số nguyên nhân có thể là: – Hiện tượng nóng lên trên toàn cầu – Sự thay đổi của tầng ozon – Lây nhiễm virus – Tính mẫn cảm với sự gia tăng của mức độc hại môi trường. • Sự biến mất của 1 loài chỉ thị cho sự thay đổi nghiêm trọng của môi trường • Vấn đề lớn là sự thay đổi này ảnh hưởng như thế nào tới những loài sinh vật còn lại, trong đó có con người? BỐN YẾU TỐ CHÍNH GÂY RA 1. MẤT SINH CẢNH SUY THOÁI Ở ẾCH NHÁI • Đây là nguyên nhân chính • Chúng ta đang phá hủy môi trường nước bằng các chất ô nhiễm • Chúng ta đang phá hủy hệ sinh thái rừng • Xây dựng đường cao tốc, đô thị giữa hai sinh cảnh/hai hệ sinh thái Nhái cây mắt đỏ đang bị suy thoái trên toàn thế giới 2
3. 22-Apr-15 2. CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ 3. TIA CỰC TÍM (TỬ NGOẠI) • Chất lượng nước và không khí xấu • Da ếch nhái rất mẫn cảm với tia cực tím. • Ếch nhái có da mỏng, không có cơ chế tự vệ • Ếch nhái đã có sự thích ứng với da màu tối và với ánh mặt trời. trứng màu đen. • Hô hấp qua da và phổi . • Các nhà khoa học không tin rằng ếch nhái sẽ • Mưa acid có thể thấm qua da ếch nhái. thích ứng được với biến đổi khí hậu (không • Khả năng sinh sản bị ảnh hưởng theo kịp với hiện tượng nóng lên trên toàn cầu hiện nay). • Why not that beat the ice age!!! 4. BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU • Con người đang làm thay đổi khí hậu. • Gia tăng kha thác sử dụng nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt) • Biến đổi khí hậu ảnh hưởng hưởng đến hệ sinh thái. 3
4. 22-Apr-15 ẾCH NHÁI LÀ SINH VẬT CHỈ THỊ Ký sinh trùng • Ô nhiễm có thể làm cho ếch nhái trở nên biến • Giun dẹp/sán Ribeiroia ondatrae, một loài ký sinh, dạng “xấu xí” (malformed). “Hoàng tử Ếch” được cho là nguyên nhân làm dị dạng. • Sống trong nhiều loài ếch nhái, được xác định • Nguyên nhân dị dạng bao gồm bị ký sinh thường gây ra hiện tượng dị dạng ở chân trùng, ảnh hưởng của hóa chất và tia cực tím • Không chỉ có Ribeiroia là nguyên nhân gây ra dị dạng vì chúng KHÔNG được tìm thấy ở tất cả nơi có hiện tượng dị hình của ếch nhái. • Một số dấu hiệu cho thấy mức dinh dưỡng cao (phú dưỡng) là nguyên nhân làm tăng số lần bị lây nhiễm sán Ribeiroia. Ribeiroia Kingdom: Animalia Subkingdom: Eumetazoa (unranked): Bilateria Superphylum: Platyzoa Phylum: Platyhelminthes Tình hình báo động về sự mất dần Class: Trematoda của rất nhiều loài ếch những con Subclass: Digenea ếch "quái vật" Các nguyên nhân Order: Echinostomida của tình trạng biến hình này có thể là các chất hoá học nông nghiệp hoặc Suborder: Echinostomata các kim loại nặng trong những quả Family: Psilostomatidae mìn. . Xem thêm Sinh học đại cương Genus: Ribeiroia 4
5. 22-Apr-15 Ký chủ trung Ấu trùng KS gian cấp 1 Ấu trùng dạng Hóa chất Trứng tim có đuôi Ký sinh trưởng • Thuốc BVTV là nguyên nhân gây ra dị dạng hay cái thành chết của ếch nhái. • Methoprene, một loại thuốc trừ muỗi gây ra dị dạng ở Rana sphenocephala (southern leopard frog). Vòng đời • Xem thêm Ếch nhái dị dạng ở Minnesota Ký chủ Ribeiroia Bào nang trung chứa ấu gian cấp ondatrae trùng 2 - ếch nhái Tia cực tím/tử ngoại Tài liệu tham khảo • Tia cực tím là nguyên nhân gây ra dị dạng ở ếch nhái. • • Một số hợp chất hữu cơ có thể trở nên độc phibians&m=bioindicators hại khi bị phơi nhiễm tia cực tím • 5
6. 22-Apr-15 ẾCH NHÁI Amphibians: KHÁI QUÁT CHỈ THỊ TÌNH TRẠNG MÔI TRƯỜNG • Suy thoái quần thể KỲ • Suy thoái quần thể nhái SINH THÁI NHÔNG – Tia cực tím – Tăng ô nhiễm Acid Ultraviolet Radiation – Tăng mức ô nhiễm – Tăng mức ô nhiễm thuốc BVTV do vi sinh vật gây bệnh (Sán Ribeiroia) Michael Ellefson – Mất sinh cảnh – Virus lây truyền bệnh – Tăng mức ô nhiễm Joe Ryan – Ô nhiễm kim loại nặng thuốc BVTV (Đặc biệt (nhất là Cadmium) là nhóm Atrozine và Methoprene) Thông tin tổng quát về vấn đề ô nhiễm Acid • Ô nhiễm bao gồm: Mưa Acid, sương mù acid, tuyết acid, hơi acid • Nguyên nhân mưa acid là do sự gia tăng của Sulfur Dioxide (SO2) và Nitrogen Oxides (NO) • 2/3 SO2 và ¼ NO do nhà máy nhiệt điện (sử dụng chất đốt hóa thạch) 6
7. 22-Apr-15 Ảnh hưởng của ô nhiễm acid đến quần thể Thuốc BVTV KỲ NHÔNG TPT (Triphenyltin) • TPT giết chết tế bào của • TPT và Kỳ nhông • Trong vòng 7 năm kích thước người dẫn đến mất sinh – Gây chết và chậm phát triển quần thể loài Kỳ nhông hổ lực, mất khả năng đề ở loài Kỳ nhông (Ambystoma tigrinum kháng u bướu và sự tấn (Ambystoma barbouri) nebulsun) của núi đá Colorado công của virus – Tốc độ phát triển chậm đã giảm đi 65% (chán ăn) dẫn đến biến thái • Nghiên cứu cho thấy trứng kỳ chậm, thành thục sinh dục nhông có mức LD-50, pH 5,6, chậm vượt xa điều kiện sống bình – Trứng bị ô nhiễm TPT ở mức thường của trứng. 5 ug/L đã bị ung tới 93% • Hình minh họa: Mức pH 6.1, – Trứng bị ô nhiễm mức 1 5.7, 5.3, và 4.9 Tỷ lệ sống suy ug/L không bị ung nhưng có giảm nghiêm trọng!! tốc độ phát triển chậm Mất sinh cảnh Irido virus: RRV và ATV • Điều tra quần thể kỳ • Sự khác nhau: Do rửa • Irido virus gây bệnh cho động vật nhông cho thấy ở khu trôi các loại hóa nông không xương sống, cá và lưỡng cư vực không bị tác động nên làm tăng độ pH của • Regina rani virus (RRV) đã được tìm có 80% trong khi ở khu dòng chảy mặt thấy ở kỳ nhông khu vực Vonda, Saskatchewan vực bị tác động chỉ còn • Điều tra của GS • Ambystoma tigrinum (ATV) được tìm 20% Petranka cho thấy có tới thấy ở khu vực Tây Nam 14 triệu kỳ nhông bị • ATV và RRV đã góp phần làm giảm chết mỗi năm do mất 77% quần thể kỳ nhông ở hai khu vực sinh cảnh này 7
8. 22-Apr-15 Triệu chứng nhiễm Gia tăng ô nhiễm kim loại nặng như ATV và RRV Cadmium (catmi) • Regina rani virus (RRV) • Bình thường có nồng độ • Gây bệnh tiêu chảy, đau dạ phân lỏng, phân có thấp trong tự nhiên dày, nôn mửa, mềm yếu • Bón phân cho cây, luyện kim xương, gầy mòn, máu, biếng ăn, nôn và sử dụng thuốc BVTV là • Gây hại hệ thần kinh trung mửa, tụ huyết trên da nguồn làm gia tăng nồng độ ương, rối loạn sinh lý, • RRV-ảnh hưởng tới tất catmi. • có thể gây hại DNA hoặc gây cả các cơ quan và hệ cơ, ung thư hệ thần kinh Catmi và Ếch nhái Con người có thể làm gì? • LD-50 xảy ra ở mức • Ở mức 12.8 mu g/L • Giảm mức tích tụ axit: giảm mức phát thải SO và NO nhiễm Cd: 227,3 mu g/L không gây chết cũng • Thuốc BVTV: Hạn chế hoặc sử dụng loại thuốc khác dưới 10 ngày và ở mức như hiện tượng bất 193,1 mu g/L dưới 24 thường nào. • Mất sinh cảnh: nâng cao trách nhiệm giờ đối với trứng Kỳ nhông • Trong quá trình biến thái mức ô nhiễm này gây ra ức chế sinh trưởng ở ấu trùng (bệnh còi cọc) 8
9. 22-Apr-15 Ếch nhái ẾCH NHÁI DỊ DẠNG VÀ • Năm 1995, mọt nhóm trẻ em chơi bời ở Henderson, Minnesota. VẤN ĐỀ DỊ DẠNG CỦA CHÚNG • Hôm đó hơn nửa trong số 22 con ếch bọn trẻ tìm thấy là những con dị dạng • Một số có 5 chân hoặc nhiều chân hơn, không có chân sau và không có mắt ẾCH NHÁI DỊ DẠNG CÁC NGUYÊN NHÂN • Hiện tượng dị dạng được thấy ở hơn 60 loài. • Ếch nhái dị dạng được tìm thấy ở khắp thế giới . • Ba nguyên nhân chính: • Trong tự nhiên hiện tượng dị dạng (bình thường) chỉ – Tia cực tím chiếm ít hơn 5%. Nhưng hiện nay tỷ lệ này quá cao . – Ô nhiễm thuốc BVTV – Ký sinh trùng 9
10. 22-Apr-15 TIA CỰC TÍM Ảnh hưởng của tia cực tím • Tia cực tím có thể • Gây hại hệ miễn dịch • Tỷ lệ sống của phôi ở giết chết phôi, ấu và rối loạn di truyền các độ sâu khác nhau trùng, gây bệnh ở • Vấn đề trở nên • Sinh cảnh có mực nước mắt nên đôi khi nghiêm trọng hơn nông có tỷ lệ sống thấp không thấy rõ được cùng với suy giảm do tác động của tia cực sự dị dạng ở ếch tầng ozon tím . nhái Ô NHIỄM • • Ô nhiễm thuốc BVTV như Atrazine là thuốc trừ cỏ gây ra dị dạng ở ếch nhái Retinoid, gần giống methoprene, có ý nghĩa rất • Atrazine tàn phá hệ miễn lớn đối với sự phát triển của dịch của ếch nhái khiến chân sau của ếch nhái chúng trở thành loài bị nguy cấp, rất mẫn cảm với virus Hiện tượng biến dạng ở ấu trùng Xenopus laevis do tác động của axit retinoic ở nồng độ 0,6 và 2 g/L (hình giữa và dưới) 10
11. 22-Apr-15 Tần suất dị dạng và sự hiện diện của ký Ký sinh trùng sinh Ribeiroia • Ký sính trùng, đặc biệt là loài Ribeiroia ondatrae, • Mối quan hệ khá rõ ràng gây dị dạng ở ếch nhái . • Ribeiroia hình thành u nang ở trong thân thể ếch nhái, đặc biệt là vùng chân sau khiến mọc ra chân mới ở các khu vực khác nhau • Ribeiroia được tìm thấy ở những nơi có hiện tượng dị dạng Vòng đời ký sinh Ký sinh trùng Rib. Nguyên nhân của Vòng đời ký sinh trùng vấn đề dị dạng Ếch nhái Sán lá • Số lượng sán có đuôi có quan hệ tỷ lệ thuận với hiện Dị dạng trưởng thành tượng dị dạng, quan hệ tỷ lệ nghịch với tỷ lệ sống của ếch Nhái cây (Hyla regilla) Ký chủ Đầu tiên Trứng Ký sinh Ấu trùng ếch nhái Ốc sên U nang ký sinh 11
12. 22-Apr-15 Ấu trùng dị dạng Tác động kết hợp gây dị dạng • Thuốc BVTV và ký sinh trùng Ribeiroia – Thuốc BVTV làm yếu khả năng đề kháng của ếch nhái, suy giảm hệ miễn dịch – Dẫn đến dễ bị ký sinh trùng tấn công • Thuốc BVTV khiến ếch nhái ít hoạt động trở nên “lười biếng” dẽ bị tổn thương và trở nên nguy cấp và dị dạng Tập tính di chuyển Yếu tố con người • Với sự có mặt của động vật ăn thịt số lượng ký • Con người là nguyên nhân của 3 loại nguyên nhân . sinh trùng tăng lên rõ rệt • Pha shủy tầng ozon và tia cực tím • Bón phân N, P khiến chúng ngấm xuống nước tạo • Ấu trùng ếch nhái kém linh hoạt do có các loài nên hiện tượng “nở hoa” bùng nổ tảo động vật ăn thịt chúng thường có tỷ lệ bị ký • Cái đó tạo ra nhiều nguồn thức ănhơn cho ốc sên, sinh cao hơn tạo cơ hội tốt cho ký sinh trùng phát triển. . • Nhiều chất dinh dưỡng dẫn đến ấu trùng lười di chuyển • Con người tạo ra ao hồ có nhiều động vật bắt mồi ăn thịt hơn • . Ô nhiễm nặng hơn 12
13. 22-Apr-15 Vì vậy phải luôn thận trọng • Ếch nhái có nơi ở rất hẹp Nghiên cứu ảnh hưởng của Sán lá • Ếch nhái rất mẫn cảm với môi trường bị tác động vì chúng hô hấp qua da đến ếch cây • Trứng ếch nhái rất mẫn cảm • Dị dạng là chỉ thị rõ rệt cho vấn đề môi trường bị tác Pieter T.J. Johnson, Kevin B. Lunde, động xấu. Euan G. Ritchie, and Alan E. Launer Science. 284: 802-804 (1999) Observations Ếch cây - Hyla regilla Điều tra ao hồ cho thấy 4/13 ao có H. regilla với chân sau dị dạng Kiểm tra nước có thuốc BVTV, PCBs, hoặc kim loại nặng s Trứng ếch nở bình thường trong phòng thí nghiệm Photo by Chris Brown 4 ao có chứa ốc sên Planorbella tenuis (Ký chủ trung gian của Sán lá Ribeiroia sp.) Sán lá Ribeiroia có gây ra biến dạng ở loài Ếch cây H. regilla? 13
14. 22-Apr-15 PHƯƠNG PHÁP Công thức thí nghiệm: Thu thập trứng ếch H. regilla egg masses ở nơi không 1. Đối chứng ( 0 Reibeiroia cercariae) có hiện tượng dị dạng 2. Nhiễm nhẹ (16 Reibeiroia cercariae) 3. Nhiễm trung bình (32 Reibeiroia cercariae) Đưa vào bình chứa dung tích 1 L container có nước 4. Nhiễm nặng (48 Reibeiroia cercariae) sạch sau khi nởt 5. 80 Alaria mustelae cercariae 6. Kết hợp 80 Alaria mustelae và 32 Reibeiroia cercariae Xử lý ấu trùng trong 4 chậu cho lây nhiễm ký sinh trong 10 ngày Kết quả Abnormality frequency 85% ếch nhái sống sót có hiện tượng dị dạng chân Survivorship to Tỷ lệ sống dưới 50% ở công thức nhiễm trung metamorphosis bình và nhiễm nặng Công thức đối chứng có tỷ lệ sống là %, tỷ lệ dị dạng chân =0% Increased density of Ribeiroia cercariae leads to: increased abnormal limb development and decreased tadpole survivorship 14
15. 22-Apr-15 Solid - survivorship Clear - abnormality frequency Shows that Alaria has no effect on survivorship or on limb deformities 15