Vỏ của thuỷ sinh vật là màng bán thấm, tạo khả năng phức tạp để duy trì sự thẩm thấu n−ớc – muối cần cho tính ổn định của quá trình trao đổi chất. Sống trong môi tr−ờng n−ớc, thuỷ sinh vật phải chống lại những lực lí hoá học mà những lực này luôn h−ớng đến sự cân bằng N−ớc – muối giữa cơ thể và môi tr−ờng.
Quá trình trao đổi n−ớc và muối liên quan chặt chẽ với nhau, đ−ợc đảm bảo bởi hệ thống tiết – vận chuyển của màng tế bào và hàng loạt những thích nghi về mặt hình thái và tập tính nh− khả năng chống mất n−ớc khi khô cạn, điều tiết muối, nhất là khi chuyển vào những môi tr−ờng có nồng độ muối khác nhau.
1. Bảo vệ khỏi bị khô cạn và sống sót trong điều kiện khô hạn
1.1. Tránh bị khô cạn
Khi biết tr−ớc sự khô cạn, nhiều loài thuỷ sinh vật sẽ rời khỏi nơi khô cạn, thí dụ ở biển khi n−ớc triều rút, nhiều động vật vùng triều chuyển chỗ xuống vùng d−ới triều. Những động vật sống trong vùng ẩm th−ờng có nhiều cách chống khô cạn nh−: - Chuyển vào nơi có độ ẩm cao, độ bốc hơi giảm (các khe, hang).
- Đào cát, bùn làm hang, hốc thí dụ động vật thân mền, Copepoda
- Dự trữ nguồn n−ớc trong cơ thể đủ cho đến lúc triều lên. Sống sâu d−ới đáy, cơ thể tránh đ−ợc sự khô cạn. ở nhiều thân mền, giun có thể sống kéo dài đến một năm thậm chí hơn một năm.
1.2. Thích ứng với sự giảm thoát n−ớc:
Thời gian sống ngoài môi tr−ờng n−ớc của thuỷ sinh vật phụ thuộc vào cấu tạo bảo vệ l−ợng n−ớc của cơ thể và tập tính của con vật chống sự mất n−ớc do sự bốc hơi. Các cấu tạo bảo vệ th−ờng thấy nh− có vỏ đá vôi ở động vật thân mền, nắp miệng ở vỏ ốc, vỏ dày của giun, da gai, mai của cua…
1.3. Mức độ sống sót trong điều kiện khô cạn:
Nhiều thuỷ sinh vật thích nghi với điều kiện sống tiềm sinh khi bị khô cạn. Chúng chỉ giữ một l−ợng n−ớc tối thiểu cần thiết cho sự tồn tại. Nhiều nguyên sinh động vât, trùng bánh xe, giun tròn, ấu trùng côn trùng…có thể sống tiềm sinh một vài tuần, một vài tháng thậm chí tới hàng năm.
2. Môi tr−ờng thẩm thấu và quan hệ của nó với Thuỷ sinh vật.
2.1 Quan hệ thẩm thấu giữa cơ thể thuỷ sinh vật và môi tr−ờng n−ớc:
Muối không chỉ tạo nên cấu trúc của cơ thể mà còn tham gia vào thành phần của dịch tế bào, dịch xoang cơ thể, nhằm tạo ra môi tr−ờng trong , duy trì sự ổn định
thuỷ sinh vật sống trong môi tr−ờng n−ớc có hàm l−ợng muối khác nhau, muối trong cơ thể còn đảm bảo cho cơ thể chống lại những biến đổi của áp xuất thẩm thấu gây ra cho môi tr−ờng.
Mối quan hệ giữa cơ thể và môi tr−ờng về thành phần và hàm l−ợng muối đ−ợc gọi là mối quan hệ thẩm thấu. Trong dịch xoang cơ thể (máu, n−ớc tiểu) tính thẩm thấu chủ yếu do hàm l−ợng các Ion vô cơ quyết định (Na+, Cl-…). Các phần tử Protit chỉ chiếm 1% áp suất thẩm thấu chung. Ng−ợc lại trong dịch tế bào, áp suất thẩm do các chất hữu cơ có phân tử l−ợng thấp quyết định. ở môi tr−ờng n−ớc bên ngoài, áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào độ phân li của các Ion muối hoà tan. Sống trong dung dịch muối, dù ở n−ớc ngọt hay n−ớc mặn, các chất, nhất là các Ion đều thẩm thấu qua màng tế bào, làm thay đổi áp suất thẩm thấu trong cơ thể. Khả năng thẩm thấu qua màng tế bào của các chất hoà tan phụ thuộc vào độ lớn (kích th−ớc vật chất) và vào độ phân cực của các phân tử. Kích th−ớc càng nhỏ, các chất càng dễ lọt qua và độ phân cực càng thấp, các chất càng dễ qua. Do đó, các chất điện li có độ phân cực cao, rất khó đi qua màng tế bào. Các nhóm Cacboxyl, Hydroxyl, Amin và Cacbuahydro có độ phân cực thấp nên dễ dàng trao đổi qua màng tế bào. Các phân tử n−ớc phân cực lớn nh−ng kích th−ớc lại nhỏ cũng nh− các chất không phân li khác nh− CO2, H2S…chuyển qua màng tế bào rất mạnh.
Để chỉ quan hệ thẩm thấu giữa cơ thể và môi tr−ờng ng−ời ta đ−a ra các khái niệm:
- Quan hệ thẩm thấu t−ơng đ−ơng hay đẳng tr−ơng Isotonic : Khi dịch cơ thể và môi tr−ờng ngoài có áp suất thẩm thấu bằng nhau.
- Quan hệ thẩm thấu cao hơn hay −u tr−ơng Hypertonic: Khi dịch cơ thể có áp suất thẩm thấu cao hơn áp suất thẩm thấu của môi tr−ờng ngoài.
- Quan hệ thẩm thấu thấp hơn hay nh−ợc tr−ơng Hypotonic: Khi dịch cơ thể có áp suất thẩm thấu thấp hơn áp suất thẩm thấu của môi tr−ờng ngoài.
Từ mối quan hệ về áp suất thẩm thấu giữa cơ thể và môi tr−ờng, các sinh vật thuỷ sinh đ−ợc chia thành 3 nhóm:
- Sinh vật biến thẩm thấu: Là những sinh vật mà áp suất thẩm thấu của của cơ thể biến đổi theo áp suất thẩm thấu của môi tr−ờng thí dụ hàng loạt tảo đơn bào sống ở biển hay nh− đa số các động vật không x−ơng sống ở biển, giun ít tơ, đỉa, thân mền… sống trong n−ớc ngọt, có áp suất thẩm thấu t−ơng đ−ơng với áp suất thẩm thấu của môi tr−ờng ngoài do đó sự cân bằng n−ớc của chúng không phụ thuộc vào độ muối của n−ớc, mối nguy hiểm do sự hợp n−ớc hay mất n−ớc cũng bị loại trừ.
- Sinh vật đồng thẩm thấu: ở chúng, áp xuất thẩm thấu của dịch cơ thể luôn ổn định, không biến đổi theo áp suất thẩm thấu của môi tr−ờng. Sở dĩ chúng duy trì đ−ợc sự ổn định là nhờ những cơ chế riêng – Cơ chế điều hoà áp suất thẩm thấu.
- Sinh vật giả đồng thẩm thấu: Chúng là những sinh vật biến thẩm thấu, song sống trong môi tr−ờng mà áp suất thẩm thấu của nó không bị biến động.
2.2 Điều hoà áp suất thẩm thấu:
Tất cả các sinh vật n−ớc ngọt đều −u tr−ơng so với môi tr−ờng và bởi vậy, chúng thích nghi với sự bảo vệ khỏi bị tr−ơng n−ớc. Để đạt đ−ợc điều đó, ngoài sự thích nghi với kiểu đẳng tr−ơng, chúng thực hiện việc giảm n−ớc của môi tr−ờng bằng cách thải phần lớn l−ợng n−ớc tiểu nhạt. Khi cân bằng, muối mất, chúng phải hấp thu các Ion từ ngoài vào để duy trì sự ổn định áp suất thẩm thấu.
Những sinh vật đồng thẩm thấu sống ở n−ớc mặn thực hiện điều hoà nh−ợc tr−ơng, đôi khi đẳng tr−ơng hoặc hơi −u tr−ơng. Trong tr−ờng hợp này, cơ thể phải giảm l−ợng n−ớc thải ra, đồng thời tăng c−ờng thải bớt muối do thận d−ới hình thức n−ớc tiểu mặn và ít và một số cơ quan khác. Tất nhiên làm việc này phải tốn năng l−ợng, th−ờng chiếm 1 – 2% tổng l−ợng tiêu phí của thuỷ sinh vật, ở một vài tr−ờng hợp đạt 10 – 12%.
2.3 Sự trao đổi Muối và Ion:
Sự trao đổi muối và ion giữa cơ thể thuỷ sinh vật và môi tr−ờng đ−ợc tiến hành theo 2 cách: thụ động (bị động) và chủ động
a/ Trao đổi bị động: Trong cơ chế điều hoà bị động, các chất muối thụ động thấm qua màng tế bào, thành cơ thể do hiện t−ợng khuyếch tán khi có sự chênh lệch nồng độ muối giữa cơ thể thuỷ sinh vật và môi tr−ờng bên ngoài. Các chất từ môi tr−ờng có nồng độ muối cao, sẽ khuyếch tán sang môi tr−ờng có nồng độ muối thấp qua màng tế bào của cơ thể. Tr−ờng hợp cần ngăn cản sự khuếch tán của muối ra ngoài, hay sự xâm nhập của muối từ môi tr−ờng vào trong là nhờ tính ít thấm của các tế bào thành cơ thể, đặc biệt ở thực vật, các tế bào có màng chắc. Nhờ vậy mà các động vật n−ớc ngọt, trong khi áp suất của dịch mô cao hơn môi tr−ờng ngoài tới
0,5 – 1atm nh−ng n−ớc vẫn không vào các tế bào đ−ợc do tính chất của màng tế bào.
b/ Trao đổi chủ động: Cơ chế điều hoà chủ động không chỉ thuộc những sinh vật đồng thẩm thấu mà còn thuộc đa số sinh vật biến thẩm thấu. Sự vận chuyển tích cực các ion xảy ra trong những tế bào đặc biệt nằm ở vỏ cơ thể, mang , thành của ống bài tiết, trong ruột hoặc ở vài vị trí khác. Các tế bào hoặc cơ quan trên lấy hoặc thải ion mà không cần tới lực khuyếh tán. Thí dụ ở artemia salina, biểu bì của 10 đôi mang tr−ớc làm nhiệm vụ tiết ion. ở ấu trùng muỗi điều chỉnh ion nhờ vào các tế bào ở mang hậu môn, cơ quan tiếp nhận và đào thải ion Na+ ở cá x−ơng là các tế bào Key
– wilmer nằm ở mang. Men cũng tham gia vào hoạt động điều hoà muối ở thuỷ sinh
vật. Men có hoạt tính mạnh ở những loài giáp xác nh− tôm, cua có khả năng điều hoà muối cao, hoặc men có hoạt tính yếu ở những thuỷ sinh vật không có khả năng điều hoà muối.
c/ Khả năng chịu đựng biến đổi nồng độ muối của Thuỷ sinh vật: Tuỳ khả năng sự biến đổi nồng độ muối của thuỷ sinh vật. Những bọn sống ở những nơi nồng độ muối biến đổi nhiều thuộc bọn rộng muối Euryhaline. Những loài sống ở nơi có nồng độ muối ổn định th−ờng là bọn hẹp muối Stenophaline. Khả năng thích ứng với nồng độ muối của thuỷ sinh vật không phải là cố định. Khả năng này đ−ợc tăng lên khi con vật thích ứng dần với sự thay đổi của nồng độ muối. Khi nồng độ muối bên ngoài giảm từ từ thì sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ thể và môi tr−ờng ngoài không lớn, một phần muối kịp thời khuyếch tán bớt ra môi tr−ờng ngoài, tránh cho sinh vật khỏi bị ngấm quá nhiều n−ớc vào cơ thể. Còn khi nồng độ muối của môi tr−ờng giảm đi đột ngột, chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ thể thuỷ sinh vật và môi tr−ờng ngoài tăng lên đột ngột, n−ớc sẽ ngấm vào cơ thể và cơ thể thuỷ sinh vật bị tr−ơng lên dễ chết.