Sinh học - Chỉ thị sinh học môi trường phần bảy – Ếch nhái

22-Apr-15 1 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 Lý do dùng ếch nhái làm sinh vật chỉ thị: • Do hô hấp qua da nên chịu tác động nhiều hơn khi môi trường không khí và nước bị ô nhiễm. • Ếch nhái cần sinh cảnh có nước để sinh sản  tác động trực tiếp của chất lượng nước khi có biến đổi khí hậu và tác động của con người. • Thường di chuyển giữa các sinh cảnh (ví dụ từ nước lên cạn). Xáo trộn môi trường (ví dụ đường xá, giao thông) có thể ảnh hưởng tới sự di chuyển này. • Ấu trùng (nòng nọc): hệ sinh thái nước • Trưởng thành: hệ sinh thái đồng ruộng hoặc rừng • Hai chuỗi thức ăn: dưới nước và trên cạn QUAN HỆ DINH DƯỠNG 1. Ếch nhái ăn gì? – Côn trùng (đa số) – Cá con (một số) 2. Nhóm động vật nào ăn ếch nhái? – Cá lớn – Chim bắt mồi ăn thịt – Bò sát – Thú nhỏ 3. Nòng nọc ăn gì? – Tảo (còn sống) – Tảo (đã chết) 22-Apr-15 2 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 SUY THOÁI Ở ẾCH NHÁI Nhái cây mắt đỏ đang bị suy thoái trên toàn thế giới 1. MẤT SINH CẢNH • 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 22-Apr-15 3 2. CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ • Chất lượng nước và không khí xấu • Ếch nhái có da mỏng, không có cơ chế tự vệ với ánh mặt trời. • Hô hấp qua da và phổi . • Mưa acid có thể thấm qua da ếch nhái. • Khả năng sinh sản bị ảnh hưởng 3. TIA CỰC TÍM (TỬ NGOẠI) • Da ếch nhái rất mẫn cảm với tia cực tím. • Ếch nhái đã có sự thích ứng với da màu tối và trứng màu đen. • Các nhà khoa học không tin rằng ếch nhái sẽ thích ứng được với biến đổi khí hậu (không 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. 22-Apr-15 4 ẾCH NHÁI LÀ SINH VẬT CHỈ THỊ • Ô nhiễm có thể làm cho ếch nhái trở nên biến dạng “xấu xí” (malformed). “Hoàng tử Ếch” • Nguyên nhân dị dạng bao gồm bị ký sinh trùng, ảnh hưởng của hóa chất và tia cực tím Ký sinh trùng • Giun dẹp/sán Ribeiroia ondatrae, một loài ký sinh, được cho là nguyên nhân làm dị dạng. • Sống trong nhiều loài ếch nhái, được xác định thường gây ra hiện tượng dị dạng ở chân • 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 Class: Trematoda Subclass: Digenea Order: Echinostomida Suborder: Echinostomata Family: Psilostomatidae Genus: Ribeiroia Tình hình báo động về sự mất dần của rất nhiều loài ếch những con ếch "quái vật" ... Các nguyên nhân của tình trạng biến hình này có thể là các chất hoá học nông nghiệp hoặc các kim loại nặng trong những quả mìn. . Xem thêm Sinh học đại cương 22-Apr-15 5 Vòng đời Ribeiroia ondatrae Ký sinh trưởng thành Trứng Ấu trùng KS Ký chủ trung gian cấp 1 Ấu trùng dạng tim có đuôi Ký chủ trung gian cấp 2 - ếch nhái Bào nang chứa ấu trùng Hóa chất • Thuốc BVTV là nguyên nhân gây ra dị dạng hay cái chết của ếch nhái. • Methoprene, một loại thuốc trừ muỗi gây ra dị dạng ở Rana sphenocephala (southern leopard frog). • Xem thêm Ếch nhái dị dạng ở Minnesota Tia cực tím/tử ngoại • Tia cực tím là nguyên nhân gây ra dị dạng ở ếch nhái. • Một số hợp chất hữu cơ có thể trở nên độc hại khi bị phơi nhiễm tia cực tím Tài liệu tham khảo • phibians&m=bioindicators • 22-Apr-15 6 ẾCH NHÁI Amphibians: CHỈ THỊ TÌNH TRẠNG MÔI TRƯỜNG SINH THÁI Michael Ellefson Joe Ryan KHÁI QUÁT • Suy thoái quần thể KỲ NHÔNG – Tăng ô nhiễm Acid – Tăng mức ô nhiễm thuốc BVTV – Mất sinh cảnh – Virus lây truyền bệnh – Ô nhiễm kim loại nặng (nhất là Cadmium) • Suy thoái quần thể nhái – Tia cực tím Ultraviolet Radiation – Tăng mức ô nhiễm do vi sinh vật gây bệnh (Sán Ribeiroia) – Tăng mức ô nhiễm thuốc BVTV (Đặc biệt 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) 22-Apr-15 7 Ảnh hưởng của ô nhiễm acid đến quần thể KỲ NHÔNG • Trong vòng 7 năm kích thước quần thể loài Kỳ nhông hổ (Ambystoma tigrinum nebulsun) của núi đá Colorado đã giảm đi 65% • Nghiên cứu cho thấy trứng kỳ nhông có mức LD-50, pH 5,6, vượt xa điều kiện sống bình thường của trứng. • Hình minh họa: Mức pH 6.1, 5.7, 5.3, và 4.9 Tỷ lệ sống suy giảm nghiêm trọng!! Thuốc BVTV TPT (Triphenyltin) • TPT giết chết tế bào của người dẫn đến mất sinh lực, mất khả năng đề kháng u bướu và sự tấn công của virus • TPT và Kỳ nhông – Gây chết và chậm phát triển ở loài Kỳ nhông (Ambystoma barbouri) – Tốc độ phát triển chậm (chán ăn) dẫn đến biến thái chậm, thành thục sinh dục chậm – Trứng bị ô nhiễm TPT ở mức 5 ug/L đã bị ung tới 93% – Trứng bị ô nhiễm mức 1 ug/L không bị ung nhưng có tốc độ phát triển chậm Mất sinh cảnh • Điều tra quần thể kỳ nhông cho thấy ở khu vực không bị tác động có 80% trong khi ở khu vực bị tác động chỉ còn 20% • Sự khác nhau: Do rửa trôi các loại hóa nông nên làm tăng độ pH của dòng chảy mặt • Điều tra của GS Petranka cho thấy có tới 14 triệu kỳ nhông bị chết mỗi năm do mất sinh cảnh Irido virus: RRV và ATV • Irido virus gây bệnh cho động vật không xương sống, cá và lưỡng cư • Regina rani virus (RRV) đã được tìm thấy ở kỳ nhông khu vực Vonda, Saskatchewan • Ambystoma tigrinum (ATV) được tìm thấy ở khu vực Tây Nam • ATV và RRV đã góp phần làm giảm 77% quần thể kỳ nhông ở hai khu vực này 22-Apr-15 8 Triệu chứng nhiễm ATV và RRV • Regina rani virus (RRV) phân lỏng, phân có máu, biếng ăn, nôn mửa, tụ huyết trên da • RRV-ảnh hưởng tới tất cả các cơ quan và hệ cơ, hệ thần kinh Gia tăng ô nhiễm kim loại nặng như Cadmium (catmi) • Bình thường có nồng độ thấp trong tự nhiên • Bón phân cho cây, luyện kim và sử dụng thuốc BVTV là nguồn làm gia tăng nồng độ catmi. • Gây bệnh tiêu chảy, đau dạ dày, nôn mửa, mềm yếu xương, gầy mòn, • Gây hại hệ thần kinh trung ương, rối loạn sinh lý, • có thể gây hại DNA hoặc gây ung thư Catmi và Ếch nhái • LD-50 xảy ra ở mức nhiễm Cd: 227,3 mu g/L dưới 10 ngày và ở mức 193,1 mu g/L dưới 24 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) • Ở mức 12.8 mu g/L không gây chết cũng như hiện tượng bất thường nào. Con người có thể làm gì? • Giảm mức tích tụ axit: giảm mức phát thải SO và NO • Thuốc BVTV: Hạn chế hoặc sử dụng loại thuốc khác • Mất sinh cảnh: nâng cao trách nhiệm 22-Apr-15 9 Ếch nhái VÀ VẤN ĐỀ DỊ DẠNG CỦA CHÚNG ẾCH NHÁI DỊ DẠNG • Năm 1995, mọt nhóm trẻ em chơi bời ở Henderson, Minnesota. • 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 • Hiện tượng dị dạng được thấy ở hơn 60 loài. • Ếch nhái dị dạng được tìm thấy ở khắp thế giới . • Trong tự nhiên hiện tượng dị dạng (bình thường) chỉ chiếm ít hơn 5%. Nhưng hiện nay tỷ lệ này quá cao . ẾCH NHÁI DỊ DẠNG CÁC NGUYÊN NHÂN • Ba nguyên nhân chính: – Tia cực tím – Ô nhiễm thuốc BVTV – Ký sinh trùng 22-Apr-15 10 TIA CỰC TÍM • Gây hại hệ miễn dịch và rối loạn di truyền • Vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn cùng với suy giảm tầng ozon • Tia cực tím có thể giết chết phôi, ấu trùng, gây bệnh ở mắt nên đôi khi không thấy rõ được sự dị dạng ở ếch nhái Ảnh hưởng của tia cực tím • Tỷ lệ sống của phôi ở các độ sâu khác nhau • Sinh cảnh có mực nước nông có tỷ lệ sống thấp do tác động của tia cực tím . Ô NHIỄM • Ô nhiễm thuốc BVTV như Retinoid, gần giống methoprene, có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát triển của chân sau của ếch nhái • Atrazine là thuốc trừ cỏ gây ra dị dạng ở ếch nhái • Atrazine tàn phá hệ miễn dịch của ếch nhái khiến 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) 22-Apr-15 11 Ký sinh trùng • Ký sính trùng, đặc biệt là loài Ribeiroia ondatrae, 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 Tần suất dị dạng và sự hiện diện của ký sinh Ribeiroia • Mối quan hệ khá rõ ràng Vòng đời ký sinh Vòng đời ký sinh trùng Sán lá trưởng thành Ký chủ Đầu tiên Trứng Ký sinh Ốc sên Ấu trùng ếch nhái U nang ký sinh Ếch nhái Dị dạng Ký sinh trùng Rib. Nguyên nhân của vấn đề dị dạng • Số lượng sán có đuôi có quan hệ tỷ lệ thuận với hiện tượng dị dạng, quan hệ tỷ lệ nghịch với tỷ lệ sống của ếch Nhái cây (Hyla regilla) 22-Apr-15 12 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 • Với sự có mặt của động vật ăn thịt số lượng ký sinh trùng tăng lên rõ rệt • Ấu trùng ếch nhái kém linh hoạt do có các loài động vật ăn thịt chúng thường có tỷ lệ bị ký sinh cao hơn Yếu tố con người • Con người là nguyên nhân của 3 loại nguyên nhân . • Pha shủy tầng ozon và tia cực tím • Bón phân N, P khiến chúng ngấm xuống nước tạo nên hiện tượng “nở hoa” bùng nổ tảo • Cái đó tạo ra nhiều nguồn thức ănhơn cho ốc sên, 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 22-Apr-15 13 Vì vậy phải luôn thận trọng • Ếch nhái có nơi ở rất hẹp • Ếch nhái rất mẫn cảm với môi trường bị tác động vì chúng hô hấp qua da • Trứng ếch nhái rất mẫn cảm • Dị dạng là chỉ thị rõ rệt cho vấn đề môi trường bị tác động xấu. Nghiên cứu ảnh hưởng của Sán lá đến ếch cây Pieter T.J. Johnson, Kevin B. Lunde, Euan G. Ritchie, and Alan E. Launer Science. 284: 802-804 (1999) Photo by Chris Brown Ếch cây - Hyla regilla Sán lá Ribeiroia có gây ra biến dạng ở loài Ếch cây H. 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 4 ao có chứa ốc sên Planorbella tenuis (Ký chủ trung gian của Sán lá Ribeiroia sp.) Observations 22-Apr-15 14 PHƯƠNG PHÁP Thu thập trứng ếch H. regilla egg masses ở nơi không có hiện tượng dị dạng Đưa vào bình chứa dung tích 1 L container có nước sạch sau khi nởt Xử lý ấu trùng trong 4 chậu cho lây nhiễm ký sinh trong 10 ngày Công thức thí nghiệm: 1. Đối chứng ( 0 Reibeiroia cercariae) 2. Nhiễm nhẹ (16 Reibeiroia cercariae) 3. Nhiễm trung bình (32 Reibeiroia cercariae) 4. Nhiễm nặng (48 Reibeiroia cercariae) 5. 80 Alaria mustelae cercariae 6. Kết hợp 80 Alaria mustelae và 32 Reibeiroia cercariae 85% ếch nhái sống sót có hiện tượng dị dạng chân Kết quả Tỷ lệ sống dưới 50% ở công thức nhiễm trung bình và nhiễm nặng Công thức đối chứng có tỷ lệ sống là **%, tỷ lệ dị dạng chân =0% Abnormality frequency Survivorship to metamorphosis Increased density of Ribeiroia cercariae leads to: increased abnormal limb development and decreased tadpole survivorship 22-Apr-15 15 Solid - survivorship Clear - abnormality frequency Shows that Alaria has no effect on survivorship or on limb deformities