Một vài đặc điểm sinh học

1.1.2 Một vài đặc điểm sinh học

Cá có sức sinh sản lớn, dễ cho đẻ nhân tạo, tốc độ lớn nhanh, thức ăn rẻ tiền hoặc dễ kiếm và có sẵn trong thuỷ vực. Mùa vụ sinh sản của cá là từ tháng 3 đến tháng 6 nhưng tập trung nhất vào giữa tháng 4 và tháng 5. Cá thành thục ở năm thứ 3 (2⁺ tuổi), tuy nhiên tuổi thành thục tự nhiên của cá có một số thay đổi tùy thuộc theo điều kiện của từng địa phương. Bãi đẻ của cá phân bố rất rộng trên sông. Cá đẻ vào cuối mùa xuân và đầu mùa hè, khi nhiệt độ lên cao. Nhiệt độ nước cho cá đẻ biến thiên trong khoảng 18-30^oC. Cá đẻ trứng trôi nổi. Cá cái kích cỡ 2kg dài 670-880mm có thể đẻ lượng trứng 120.000 - 200.000 trứng; cá cái nặng 10 kg đẻ khoảng 300.000 trứng. Kích cỡ của cá đực bắt đầu thành thục nhỏ hơn cá cái và phía trước gai cứng của vây ngực thường có khía răng cưa rất rõ. Ở cá cái thì chỉ gần cuối tia vây ngực mới có cấu tạo này [9].

1.1.3. Các cơ quan trong cá và các chỉ thị sinh học thường được sử dụng trong nghiên cứu độc học sinh thái

Nồng độ chất gây ô nhiễm, cụ thể là KLN trong môi trường nước, có liên quan mật thiết với nồng độ trong cơ thể sinh vật, cụ thể là cá, tại các mô (gan, thận,mang, cơ...). Hàm lượng KLN trong các mô của cơ thể phụ thuộc rất nhiều vào sự hấp thu từ thức ăn, môi trường, kích cỡ cá và đặc điểm di truyền của các loài.

Mang là một cơ quan hô hấp của cá, có chức năng lọc ôxi trong nước cung cấp cho cơ thể và thải bỏ cacbonic ra khỏi cơ thể cá. Cấu trúc vi mô của mang cho thấy cơ quan này có diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường ngoài cực kì lớn. Diện tích bề mặt lớn này đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với cá vì hàm lượng ôxi hòa tan  chứa trong nước cực kì nhỏ. Ngoài ra tốc độ khuếch tán của ôxi trong nước chậm hơn 10.000 lần so với không khí. Như vậy, việc dùng một cơ quan dạng túi giống như phổi để lấy ôxi tỏ ra kém hiệu quả hơn rất nhiều với việc dùng hệ thống mang, với cơ cấu bơm giúp nước chảy một chiều từ đầu này qua đầu kia của mang [49]. Đây là cơ sở cho thấy khi tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong môi trường thì mang sẽ phản ứng sớm hơn gan, thận và thực sự là một chỉ thị môi trường có ý nghĩa.

Thận là một bộ phận quan trọng của hệ tiết niệu, có chức năng hằng định nội môi như điều chỉnh các chất điện phân, duy trì sự ổn định axit-bazơ, và điều chỉnh huyết áp. Các quả thận đóng vai trò là bộ lọc máu tự nhiên trong cơ thể, và các chất thải, các chất độc theo niệu quản được dẫn đến bàng quang để thải ra ngoài. Trong việc tạo ra nước tiểu, các quả thận bài tiết các chất thải như urê, axit uric và amoniac; thận cũng có nhiệm vụ tái hấp thụ nước, glucose, và các axít amin [45]. Vì thận liên quan đến sức khỏe sinh lý và thải độc của cơ thể sinh vật nên nó đã từng được sử dụng trong đánh giá sức khỏe môi trường .

Sự căng thẳng trong cơ thể có thể được gây ra bởi các nguyên nhân tự nhiên hoặc do tiếp xúc với các yếu tố độc hại. Khi cơ thể tiếp xúc với các yếu tố độc hại như kim lọai nặng (Cd, Cu, Zn, Pb…) trong một thời gian dài, với liều lượng nhất định thì cơ thể sẽ có những phản ứng, gây ra ứng kích oxi hóa hay stress oxi hóa. Hậu quả của ứng kích ôxi hóa ở mức độ nhẹ tế bào có thể tự xử lý được sự nhiễu loạn và khôi phục lại trạng thái ban đầu. Tuy nhiên, ứng kích ôxi hóa ở mức độ nặng hơn có thể giết chết tế bào, thậm chí việc ôxi hóa ở mức độ trung bình cũng có thể khơi mào quá trình tự hủy của tế bào còn ứng kích mức nặng hơn thì khiến tế bào bị hoại tử và chết [37].

Một số nghiên cứu trước đây cho rằng các chỉ số sinh hóa trong máu cá và các loại mô có thể được sử dụng như các chỉ thị của việc nhiễm độc KLN bởi vì những thông số này có thể thay đổi khi cá bị phơi nhiễm với KLN [12]. Trong nghiên cứu ảnh hưởng của của sự ô nhiễm KLN tới sức khỏe sinh lý của cá, các dấu ấn sinh học như sự trao đổi năng lượng (protein, glycogen), các biến đổi sinh hoá do tress ôxi hoá (oxidative stress) như Glutathione (GSH), glutathione S-transferase (GST), superoxide dismutase (SOD) và catalase (CAT), v.v., phản ánh sự có mặt và tác động của KLN đối với tình trạng sinh lý cá. Do đó, chúng là những chỉ thị sinh học (ở mức độ phân tử) quan trọng trong việc nghiên cứu đánh giá tác động của ô nhiễm KLN trong môi trường nước đối với các loài cá sống trong đó.

Vì những lý do trên, nên trong nghiên cứu này protein, glycogen, enzim GST trong một số loại mô (mang, gan, thận) của cá mè đã được lựa chọn để nghiên cứu sự ảnh hưởng của KLN đến tình trạng sinh lý của loài cá này.

Các khu công nghiệp và đô thị bị ô nhiễm với một loạt các hóa chất có thể được chuyển đổi thành các hợp chất độc hại. Điều kiện môi trường không phải là tĩnh và ảnh hưởng của con người đã tác động đáng kể tới cá ở các LVS, gây ra những thay đổi có hại tới môi trường bằng cách thải các hóa chất xuống LVS, và hệ thống NTTS. Đặc biệt sự ô nhiễm các KLN tại các LVS nói chung đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới [24]. KLN không thể bị phá hủy thông qua phân hủy sinh học. Khi tiếp xúc với nồng độ cao hơn, các cơ quan của động vật thủy sinh có thể tích lũy KLN [39, 46]. Quá trình này bắt đầu với những nồng độ rất thấp của các KLN tồn tại trong nước hoặc cặn lắng, rồi sau đó được tích tụ nhanh trong các động vật và thực vật sống trong nước. Tiếp đến là các động vật khác sử dụng các thực vật và động vật này làm thức ăn, dẫn đến nồng độ các KLN được tích lũy trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng ở sinh vật cao nhất trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại sẽ đủ lớn để gây ra các tác động độc hại. Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó cá chính là mắt xích cuối trong hệ sinh thái thủy vực, hay nói xa hơn con người chính là mắt xích cuối cùng trong mạng lưới thức ăn. KLN tích lũy trong các mô của cá kích thích phản ứng oxi hóa khử tạo ra các gốc tự do hay các dạng ôxi hóa hoạt động (ROS) có thể dẫn đến stress oxy hóa, do đó, gây ra những thay đổi sinh hóa và hình thái trong các loài động vật thủy sinh [55]. Trong số các loài động vật thủy sinh thì các loài cá là những mục tiêu chính của ô nhiễm KLN.

Một vài đặc điểm rất quan trọng về KLN cần được lưu tâm. Thứ nhất, ảnh hưởng của một chất nào đó lên một hệ thống sống luôn luôn phụ thuộc vào nồng độ sẵn có của nó trong tế bào. Do đó, không có chất nào luôn luôn là chất gây độc. Thứ hai, trong số các ion kim loại, có một số rất cần thiết cho sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của sinh vật. Ví dụ, một số kim loại như coban, đồng, sắt, kali, magiê, natri, kẽm và niken là những kim loại thiết yếu, đóng vai trò là nguyên tố vi lượng, sử dụng trong quá trình oxi hóa khử, ổn định các phân tử thông qua tương tác tĩnh điện, là thành phần của các enzim khác nhau, tham gia vào quá trình điều hoà áp suất thẩm thấu. Các kim loại khác như Cd, Hg, và Pb là những kim loại không cần thiết, cho đến nay chưa ghi nhận chức năng sinh học nào của chúng và chúng có khả năng gây độc rất cao cho sinh vật. Các kim loại không thiết yếu này gây độc bằng cách thay thế vị trí gắn kết vốn là vị trí của các kim loại thiết yếu trong các enzim hoặc bằng cách gắn với nhóm phối tử. Ví dụ, Hg²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺ và Ag²⁺ ức chế hoạt động của enzim bằng cách gắn vào nhóm SH của protein [18].Cả kim loại thiết yếu và không thiết yếu khi ở nồng độ cao đều có thể phá hỏng màng tế bào, thay đổi hoạt tính của các enzim, làm gián đoạn chức năng tế bào, và phá hỏng cấu trúc của ADN [23].

Do các đặc tính về khả năng gây độc,khả năng tồn tại bền vững trong môi trường tự nhiên cũng như sự tích lũy sinh học của các KLN mà chúng đang là một mối đe dọa nghiêm trọng đối với các sinh vật sống và các hệ sinh thái trong tự nhiên.