Trao đổi khí đ−ợc thực hiện ở thuỷ sinh vật trong quá trình quang hợp và hô hấp. Khác với sinh vật ở cạn, thuỷ sinh vật trao đổi khí O2 và CO2 trong môi tr−ờng n−ớc.Vì vậy trao đổi khí của thuỷ sinh vật, một mặt phụ thuộc vào đặc điểm thích ứng
của thuỷ sinh vật với hoạt động trao đổi khí ở n−ớc. Mặt khác phụ thuộc rất nhiều vào chế độ khí trong môi tr−ờng n−ớc.
1. Hô hấp của thuỷ sinh vật:
Hô hấp là quá trình oxy hoá sinh học hay phân huỷ sinh học để tạo ra năng l−ợng
dùng cho các hoạt động chức năng của sinh vật. Hô hấp đ−ợc chia thành 3 dạng : Hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí và sự lên men. Đa số thuỷ sinh vật hô hấp hiếu khí, trong lối hô hấp này có tới 50% vật chất oxy hoá đ−ợc chuyển thành năng l−ợng, còn trong lối hô hấp kị khí chỉ 3% năng l−ợng mà thôi. Lối hô hấp kị khí và lên men tiến đ−ợc tiến hành ở môi tr−ờng giàu thức ăn và không có oxy. Nhiều thuỷ sinh vật trong điều kiện không có oxy chuyển vào dạng sống tiềm sinh, không cả hô hấp, nhờ vào năng l−ợng kiếm đ−ợc từ các phản ứng oxy hoá nội bào mà nguồn oxy phải lấy từ các hợp chất hoá học.
2. Sự thích nghi của Thuỷ sinh vật với quá trình trao đổi khí:
Hô hấp của thuỷ sinh vật trong n−ớc là nhờ vào qui luật khuyếch tán của O2 và
CO2 qua thành cơ thể và môi tr−ờng n−ớc. Hô hấp hiếu khí trên cạn khá thuận lợi do hầm l−ợng O2 chiếm hơn 20% thể tích của không khí và đã ổn định hàng triệu năm. Còn điều kiện hô hấp của thuỷ sinh vật khó khăn và phức tạp vì hàm l−ợng oxy trong n−ớc rất biến động nhiều khi còn cạn kiệt, nhất là ở các thuỷ vực nội địa và ven biển (vụng, đầm, ao hồ n−ớc lợ, n−ớc măn …) do nhiều nguyên nhân chẳng hạn nh− quá trình phân huỷ các chất bằng con đ−ờng sinh học và hoá học , n−ớc bị hâm nóng, bị ô nhiễm…vì lẽ đó cuộc đấu tranh cho sự tồn tại trong thuỷ quyển chính là cuộc đấu tranh vì oxy (V.I Vernaski). Do đó thuỷ sinh vật thích nghi với lối hô hấp d−ới n−ớc phải tạo ra hàng loạt các thích nghi về hình thái, tập tính sinh thái, sinh lí, nhằm thoả mãn nhu cầu hô hấp của mình.
2.1. Sự thích nghi về hình thái:
Hô hấp của thuỷ sinh vật đ−ợc thực hiện qua bề mặt thân ở những sinh vật không có cơ quan hô hấp riêng nh− tảo, động vật nguyên sinh, giáp xác râu chẻ…hoặc có cơ quan hô hấp riêng là mang, khí quản, phổi…ở những động vật cao hơn. Dù trong tr−ờng hợp nào, việc mở rộng bề mặt hô hấp và khả năng thẩm thấu oxy ở thuỷ sinh vật đ−ợc coi là một nguyên tắc bất di bất dịch.
a/ Tăng diện tích tiếp xúc và độ thẩm thấu khí :
Đối với những sinh vật không có cơ quan hô hấp riêng thì cách tốt nhất là giảm kích th−ớc thân để mở rộng diện tích riêng của cơ thể. Thân dạng cầu là có diện tích riêng lớn nhất vì vậy, nhiều loài, kể cả ấu trùng cá, những cá thể sống ở nơi nghèo oxy th−ờng có kích th−ớc cơ thể nhỏ hơn so với những loài sống ở nơi giầu oxy.
Tăng bề mặt thân còn bằng cách mọc thêm các thuỳ, hình thành gai, mấu, sợi…Chẳng hạn cua sống phơi ra trong không khí có số l−ợng và kích th−ớc mang giảm so với những con sống trong n−ớc.
Một số loài còn có hình dạng thân biến đổi để thích ứng với điều kiện hô hấp xấu thí dụ ở giun ít tơ Tubifex có thân dài 5mm khi hàm l−ợng oxy giảm từ 5 xuống 3 và 1ml/l thì thân của nó kéo dài hơn t−ơng ứng là 10 - 12; 20 -21mm.
b/ Giảm bề dày, tăng sự khuếch tán của khí qua bề mặt cũng gặp phổ biến ở các nhóm động thực vật. Ngay ở cá độ dày của mô ngăn cách, chia máu… của cá −a hoạt động cũng giảm so với những cá kém hoạt động thí dụ ở cá đuối là 6 micromet, ở cá bơn là 2,5 micromet, còn ở cá ngừ là 0,6 micromet (Kliachtorin,1982) .
Thuỷ sinh vật thích nghi với cách lựa chọn cách sống ở nơi giầu oxy, đôi khi phải rời vào nơi sống không đặc tr−ng, nh−ng điều kiện hô hấp thuận lợi hơn thí dụ
Vorticella nebulifera, khi môi tr−ờng thiếu oxy buộc phải tạo cho mình một vòng
tiêm mao phía sau, xa khỏi thân để sống trôi nổi, khi điều kiện hô hấp đ−ợc cải thiện con vật lại trở về sống d−ới đáy.
Thuỷ sinh vật thích nghi với cách đổi mới khối n−ớc xung quanh mình, tránh sự ngột ngạt bằng cách :
- Tìm nơi có dòng n−ớc chảy qua - Vận động tiến lên phía tr−ớc
- Vận động chủ động để lôi cuốn n−ớc chảy qua hang, qua cơ quan hô hấp trong vỏ và thân con vật nh− ở giun ít tơ, giáp xác …
Thuỷ sinh vật có khả năng “nuốt” khí vào xoang thân, quản bào nh− Nepa, l−ỡng c−, thú biển…
Khả năng hội tụ dung dịch cặn bẩn quanh thân để tạo cho n−ớc trong, dễ dàng cho sự khuyếch tán oxy từ môi tr−ờng vào cơ thể nh− cá sống trong đầm lầy.
Nhiều thuỷ sinh vật kết hợp hô hấp cả ở n−ớc và khí nh− các loài cá quả, trê, rô…lúc ở n−ớc thì hô hấp bằng mang, khi ở cạn thì hô hấp bằng cơ quan hô hấp phụ (mê lộ, hoa khế, ruột…)
3. C−ờng độ hô hấp của Thuỷ sinh vật.
3.1. Khái niệm:
C−ờng độ hô hấp là l−ợng oxy đ−ợc cơ thể đòi hỏi trên đơn vị thời gian và đơn vị khối l−ợng cơ thể (trọng l−ợng ẩm hoặc khô, loại trừ phần vỏ của cơ thể). Tính theo đơn vị ml (mg)O2/1gam/1giờ.
C−ờng độ hô hấp chỉ ra hoạt tính trao đổi chất của chất sống của các loài khác nhau, trên cơ sở dó có thể biết một cách chính xác về sự tiêu tốn năng l−ợng của các sinh vật hiếu khí.
3.2. C−ờng độ trao đổi khí của các loài:
Ng−ời ta cho rằng c−ờng độ trao đổi khí của các loài có quan hệ chặt chẽ với khối l−ợng của cơ thể nhất là các đơn vị trên loài (đến bộ, lớp, ngành) và đ−ợc viết d−ới dạng :
Q = aWk
Trong đó Q là c−ờng độ hô hấp tính bằng mlO2/giờ; a và k là các hằng số đ−ợc
sử dụng nh− nhau đối với tất cả đơn vị phân loại; W là trọng l−ợng cơ thể tính bằng gam.
Chẳng hạn:
ở giáp xác Q = 0,165W0,81 (mlO2/giờ)
ở cá n−ớc ngọt Q = 0,297W0,81 (mlO2/giờ)
ở giáp xác Q = 0,321W0,79 (mlO2/giờ)
3.3. Sự phụ thuộc của c−ờng độ trao đổi khí và các điều kiện môi tr−ờng.
a/ Sự phụ thuộc của c−ờng độ trao đổi khí vào đặc điểm cơ thể thuỷ sinh vật : C−ờng độ trao đổi khí phụ thuộc vào thành phần loài, sinh tr−ởng và trạng thái sinh lí của cơ thể. Quan hệ giữa c−ờng độ trao đổi khí với kích th−ớc cơ thể thuỷ sinh vật thể hiện mối quan hệ giữa thành phần loài và sinh tr−ởng theo một qui luật chung là : Vật càng lớn, c−ờng độ trao đổi khí càng giảm.
của môi tr−ờng nh− mật độ thuỷ sinh vật, nồng độ muối, pH… đều ảnh h−ởng nhất định tới c−ờng độ hô hấp của thuỷ sinh vật. Thí dụ về nồng độ muối, khi hàm l−ợng muối của n−ớc tăng, làm tăng áp xuất của môi tr−ờng. Do vậy, sinh vật phải tiêu hao năng l−ợng cho việc điều chỉnh áp xuất thẩm thấu. Chẳng hạn, c−ờng độ trao đổi khí của Helice crassa sống trong nồng độ muối 17‰ thấp hơn c−ờng độ hô hấp ở n−ớc
với nồng độ muối 33‰ hay 3‰.