Bài giảng chỉ thị sinh học môi trường chỉ thị sinh học môi trường nước (phần 7 ếch, nhái) GS TS nguyễn thế nhã

22-Apr-15 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 dùng ếch nhái làm sinh vật thị: • Do hơ hấp qua da nên chịu tác động nhiều môi trường không khí nước bị nhiễm • Ếch nhái cần sinh cảnh có nước để sinh sản  tác động trực tiếp chất lượng nước có biến đổi khí hậu tác động người • Thường di chuyển sinh cảnh (ví dụ từ nước lên cạn) Xáo trộn mơi trường (ví dụ đường xá, giao thơng) ảnh hưởng tới di chuyển • Ấu trùng (nịng nọc): hệ sinh thái nước • Trưởng thành: hệ sinh thái đồng ruộng rừng • Hai chuỗi thức ăn: nước cạn QUAN HỆ DINH DƯỠNG Ếch nhái ăn gì? – Côn trùng (đa số) – Cá (một số) Nhóm động vật ăn ếch nhái? – Cá lớn – Chim bắt mồi ăn thịt – Bò sát – Thú nhỏ Nịng nọc ăn gì? – Tảo (cịn sống) – Tảo (đã chết) 22-Apr-15 ẾCH NHÁI LÀ SINH VẬT CHỈ THỊ • Ếch nhái dần biến mức báo động • Nhiều lồi ếch nhái lồi sinh vật thị • Một số ngun nhân là: – Hiện tượng nóng lên toàn cầu – Sự thay đổi tầng ozon – Lây nhiễm virus – Tính mẫn cảm với gia tăng mức độc hại mơi trường • Sự biến loài thị cho thay đổi nghiêm trọng mơi trường • Vấn đề lớn thay đổi ảnh hưởng tới lồi sinh vật cịn lại, có người? BỐN YẾU TỐ CHÍNH GÂY RA SUY THỐI Ở ẾCH NHÁI MẤT SINH CẢNH • Đây nguyên nhân • Chúng ta phá hủy mơi trường nước chất nhiễm • Chúng ta phá hủy hệ sinh thái rừng • Xây dựng đường cao tốc, đô thị hai sinh cảnh/hai hệ sinh thái Nhái mắt đỏ bị suy thoái toàn giới 22-Apr-15 CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ • Chất lượng nước khơng khí xấu • Ếch nhái có da mỏng, khơng có chế tự vệ với ánh mặt trời • Hơ hấp qua da phổi • Mưa acid thấm qua da ếch nhái • Khả sinh sản bị ảnh hưởng TIA CỰC TÍM (TỬ NGOẠI) • Da ếch nhái mẫn cảm với tia cực tím • Ếch nhái có thích ứng với da màu tối trứng màu đen • Các nhà khoa học khơng tin ếch nhái thích ứng với biến đổi khí hậu (khơng theo kịp với tượng nóng lên tồn cầu nay) • Why not that beat the ice age!!! BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU • Con người 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 http://savethefrogs.com/threats/frog-legs/index.html 22-Apr-15 ẾCH NHÁI LÀ SINH VẬT CHỈ THỊ Ký sinh trùng • Ơ nhiễm làm cho ếch nhái trở nên biến dạng “xấu xí” (malformed) “Hồng tử Ếch” • Nguyên nhân dị dạng bao gồm bị ký sinh trùng, ảnh hưởng hóa chất tia cực tím • Giun dẹp/sán Ribeiroia ondatrae, loài ký sinh, cho nguyên nhân làm dị dạng • Sống nhiều loài ếch nhái, xác định thường gây tượng dị dạng chân • Khơng có Ribeiroia nguyên nhân gây dị dạng chúng KHƠNG tìm thấy tất nơi có tượng dị hình ếch nhái • Một số dấu hiệu cho thấy mức dinh dưỡng cao (phú dưỡng) nguyên nhân làm tăng số lần bị lây nhiễm sán Ribeiroia Kingdom: Subkingdom: (unranked): Superphylum: Phylum: Class: Subclass: Order: Suborder: Family: Genus: Ribeiroia Animalia Eumetazoa Bilateria Platyzoa Platyhelminthes Trematoda Digenea Echinostomida Echinostomata Psilostomatidae Ribeiroia Tình hình báo động dần nhiều loài ếch… ếch "quái vật" Các nguyên nhân tình trạng biến hình chất hố học nơng nghiệp kim loại nặng mìn … Xem thêm Sinh học đại cương 22-Apr-15 Ký chủ trung gian cấp Ấu trùng KS Ký sinh trưởng thành Hóa chất Ấu trùng dạng tim có Trứng Bào nang chứa ấu trùng Ký chủ trung gian cấp - ếch nhái Vòng đời Ribeiroia ondatrae Tia cực tím/tử ngoại • Tia cực tím ngun nhân gây dị dạng ếch nhái • Một số hợp chất hữu trở nên độc hại bị phơi nhiễm tia cực tím • Thuốc BVTV nguyên nhân gây dị dạng hay chết ếch nhái • Methoprene, loại thuốc trừ muỗi gây dị dạng Rana sphenocephala (southern leopard frog) • Xem thêm Ếch nhái dị dạng Minnesota Tài liệu tham khảo • http://nhguide.dbs.umt.edu/index.php?c=am phibians&m=bioindicators • http://pubs.usgs.gov/fs/fs-043-01/ 22-Apr-15 ẾCH NHÁI Amphibians: CHỈ THỊ TÌNH TRẠNG MƠI TRƯỜNG SINH THÁI Michael Ellefson Joe Ryan KHÁI QT • Suy thối quần thể KỲ • Suy thối quần thể nhái NHƠNG – Tia cực tím – Tăng nhiễm Acid Ultraviolet Radiation – Tăng mức ô nhiễm – Tăng mức ô nhiễm thuốc BVTV vi sinh vật gây bệnh (Sán Ribeiroia) – Mất sinh cảnh – Tăng mức ô nhiễm – Virus lây truyền bệnh thuốc BVTV (Đặc biệt – Ô nhiễm kim loại nặng nhóm Atrozine (nhất Cadmium) Methoprene) Thông tin tổng quát vấn đề nhiễm Acid • Ơ nhiễm bao gồm: Mưa Acid, sương mù acid, tuyết acid, acid … • Nguyên nhân mưa acid gia tăng Sulfur Dioxide (SO2) Nitrogen Oxides (NO) • 2/3 SO2 ¼ NO nhà máy nhiệt điện (sử dụng chất đốt hóa thạch) 22-Apr-15 Ảnh hưởng nhiễm acid đến quần thể KỲ NHƠNG • Trong vịng năm kích thước quần thể lồi Kỳ nhơng hổ (Ambystoma tigrinum nebulsun) núi đá Colorado giảm 65% • Nghiên cứu cho thấy trứng kỳ nhơng có mức LD-50, pH 5,6, vượt xa điều kiện sống bình thường trứng • Hình minh họa: Mức pH 6.1, 5.7, 5.3, 4.9 Tỷ lệ sống suy giảm nghiêm trọng!! • TPT giết chết tế bào • TPT Kỳ nhông người dẫn đến sinh – Gây chết chậm phát triển lực, khả đề lồi Kỳ nhơng (Ambystoma barbouri) kháng u bướu – Tốc độ phát triển chậm công virus (chán ăn) dẫn đến biến thái chậm, thành thục sinh dục chậm – Trứng bị ô nhiễm TPT mức ug/L bị ung tới 93% – Trứng bị ô nhiễm mức ug/L không bị ung có tốc độ phát triển chậm Mất sinh cảnh • Điều tra quần thể kỳ nhông cho thấy khu vực khơng bị tác động có 80% khu vực bị tác động 20% Thuốc BVTV TPT (Triphenyltin) • Sự khác nhau: Do rửa trơi loại hóa nơng nên làm tăng độ pH dịng chảy mặt • Điều tra GS Petranka cho thấy có tới 14 triệu kỳ nhông bị chết năm sinh cảnh Irido virus: RRV ATV • Irido virus gây bệnh cho động vật không xương sống, cá lưỡng cư • Regina rani virus (RRV) tìm thấy kỳ nhơng khu vực Vonda, Saskatchewan • Ambystoma tigrinum (ATV) tìm thấy khu vực Tây Nam • ATV RRV góp phần làm giảm 77% quần thể kỳ nhông hai khu vực 22-Apr-15 Triệu chứng nhiễm ATV RRV • Regina rani virus (RRV) phân lỏng, phân có máu, biếng ăn, nơn mửa, tụ huyết da • RRV-ảnh hưởng tới tất quan hệ cơ, hệ thần kinh Catmi Ếch nhái • LD-50 xảy mức nhiễm Cd: 227,3 mu g/L 10 ngày mức 193,1 mu g/L 24 trứng Kỳ nhơng • Trong q trình biến thái mức ô nhiễm gây ức chế sinh trưởng ấu trùng (bệnh cịi cọc) • Ở mức 12.8 mu g/L không gây chết tượng bất thường Gia tăng ô nhiễm kim loại nặng Cadmium (catmi) • Bình thường có nồng độ thấp tự nhiên • Bón phân cho cây, luyện kim sử dụng thuốc BVTV nguồn làm gia tăng nồng độ catmi • Gây bệnh tiêu chảy, đau dày, nơn mửa, mềm yếu xương, gầy mịn, • Gây hại hệ thần kinh trung ương, rối loạn sinh lý, • gây hại DNA gây ung thư Con người làm gì? • Giảm mức tích tụ axit: giảm mức phát thải SO NO • Thuốc BVTV: Hạn chế sử dụng loại thuốc khác • Mất sinh cảnh: nâng cao trách nhiệm 22-Apr-15 Ếch nhái VÀ VẤN ĐỀ DỊ DẠNG CỦA CHÚNG ẾCH NHÁI DỊ DẠNG • Hiện tượng dị dạng thấy 60 lồi • Ếch nhái dị dạng tìm thấy khắp giới • Trong tự nhiên tượng dị dạng (bình thường) chiếm 5% Nhưng tỷ lệ cao ẾCH NHÁI DỊ DẠNG • Năm 1995, mọt nhóm trẻ em chơi bời Henderson, Minnesota • Hơm nửa số 22 ếch bọn trẻ tìm thấy dị dạng • Một số có chân nhiều chân hơn, khơng có chân sau khơng có mắt CÁC NGUN NHÂN • Ba ngun nhân chính: – Tia cực tím – Ơ nhiễm thuốc BVTV – Ký sinh trùng 22-Apr-15 TIA CỰC TÍM • Tia cực tím giết chết phơi, ấu trùng, gây bệnh mắt nên không thấy rõ dị dạng ếch nhái • Gây hại hệ miễn dịch rối loạn di truyền • Vấn đề trở nên nghiêm trọng với suy giảm tầng ozon Ảnh hưởng tia cực tím • Tỷ lệ sống phơi độ sâu khác • Sinh cảnh có mực nước nơng có tỷ lệ sống thấp tác động tia cực tím Ơ NHIỄM • Ơ nhiễm thuốc BVTV Retinoid, gần giống methoprene, có ý nghĩa lớn phát triển chân sau ếch nhái • Atrazine thuốc trừ cỏ gây dị dạng ếch nhái • Atrazine tàn phá hệ miễn dịch ếch nhái khiến chúng trở thành loài bị nguy cấp, mẫn cảm với virus Hiện tượng biến dạng ấu trùng Xenopus laevis tác động axit retinoic nồng độ 0,6 g/L (hình dưới) 10 22-Apr-15 Tần suất dị dạng diện ký sinh Ribeiroia Ký sinh trùng • Ký sính trùng, đặc biệt loài Ribeiroia ondatrae, gây dị dạng ếch nhái • Ribeiroia hình thành u nang thân thể ếch nhái, đặc biệt vùng chân sau khiến mọc chân khu vực khác • Ribeiroia tìm thấy nơi có tượng dị dạng • Mối quan hệ rõ ràng Ký sinh trùng Rib Nguyên nhân vấn đề dị dạng Vòng đời ký sinh Vòng đời ký sinh trùng Ếch nhái Dị dạng Sán trưởng thành • Số lượng sán có có quan hệ tỷ lệ thuận với tượng dị dạng, quan hệ tỷ lệ nghịch với tỷ lệ sống ếch Nhái (Hyla regilla) Ký chủ Đầu tiên Trứng Ký sinh Ấu trùng ếch nhái U nang ký sinh Ốc sên 11 22-Apr-15 Ấu trùng dị dạng Tác động kết hợp gây dị dạng • Thuốc BVTV ký sinh trùng Ribeiroia – Thuốc BVTV làm yếu khả đề kháng ếch nhái, suy giảm hệ miễn dịch – Dẫn đến dễ bị ký sinh trùng cơng • Thuốc BVTV khiến ếch nhái hoạt động trở nên “lười biếng”  dẽ bị tổn thương trở nên nguy cấp… dị dạng Tập tính di chuyển… Yếu tố người • Với có mặt động vật ăn thịt số lượng ký sinh trùng tăng lên rõ rệt • Ấu trùng ếch nhái linh hoạt có lồi động vật ăn thịt chúng thường có tỷ lệ bị ký sinh cao • Con người nguyên nhân loại nguyên nhân • Pha shủy tầng ozon tia cực tím • Bón phân N, P khiến chúng ngấm xuống nước tạo nên tượng “nở hoa” bùng nổ tảo… • Cái tạo nhiều nguồn thức ănhơn cho ốc sên, tạo hội tốt cho ký sinh trùng phát triển • Nhiều chất dinh dưỡng dẫn đến ấu trùng lười di chuyển • Con người tạo ao hồ có nhiều động vật bắt mồi ăn thịt • … Ơ nhiễm nặng 12 22-Apr-15 Vì phải ln thận trọng • Ếch nhái có nơi hẹp • Ếch nhái mẫn cảm với môi trường bị tác động chúng hơ hấp qua da • Trứng ếch nhái mẫn cảm • Dị dạng thị rõ rệt cho vấn đề môi trường bị tác động xấu Nghiên cứu ảnh hưởng Sán đến ếch Pieter T.J Johnson, Kevin B Lunde, Euan G Ritchie, and Alan E Launer Science 284: 802-804 (1999) Observations Ếch - 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, kim loại nặng s Trứng ếch nở bình thường phịng thí nghiệm Photo by Chris Brown http://www.werc.usgs.gov/fieldguide/hyre.htm ao có chứa ốc sên Planorbella tenuis (Ký chủ trung gian Sán Ribeiroia sp.) Sán Ribeiroia có gây biến dạng loài Ếch H regilla? 13 22-Apr-15 PHƯƠNG PHÁP Thu thập trứng ếch H regilla egg masses nơi khơng có tượng dị dạng Cơng thức thí nghiệm: Đối chứng ( Reibeiroia cercariae) Nhiễm nhẹ (16 Reibeiroia cercariae) Nhiễm trung bình (32 Reibeiroia cercariae) Đưa vào bình chứa dung tích L container có nước sau nởt Nhiễm nặng (48 Reibeiroia cercariae) 80 Alaria mustelae cercariae Kết hợp 80 Alaria mustelae 32 Reibeiroia cercariae Xử lý ấu trùng chậu cho lây nhiễm ký sinh 10 ngày Kết 85% ếch nhái sống sót có tượng dị dạng chân Tỷ lệ sống 50% cơng thức nhiễm trung bình nhiễm nặng Cơng thức đối chứng có tỷ lệ sống **%, 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 14 22-Apr-15 Solid survivorship Clear abnormality frequency Shows that Alaria has no effect on survivorship or on limb deformities 15