thnlscantho-3
  Sự sinh tồn của động vật
 




SỰ SINH-TỒN CỦA ĐỘNG VẬT
TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔ
-NƯỚC

Trần-Đăng Hồng, PhD

 

Sinh vật cần nước để sống, vì nước là thành phần lớn nhất cấu tạo cơ thể. Trung bình thân thể một người nặng 70 kg chứa 40 lít nước, tức khoảng 60% trọng lượng thân thể. Ở thảo mộc, nước cấu tạo 80-95% trong các tế bào tăng trưởng, 70-95% ở các loài thân cỏ (hòa bản), 40-50% ở cây trưởng thành có thân gỗ. Thiếu nước, đa số sinh vật đều chết. Tuy nhiên, có một số loài động vật và thực vật sống được thời gian dài trong điều kiện hoàn-toàn-khô-nước (complete desiccation) và sẽ hồi sinh lại khi có nước.

          Tình trạng hoàn-toàn-khô-nước được định nghĩa là cơ thể có thành phần nước dưới 0,1 g cho mỗi g chất khô (0.1 g H2O g−1 dry mass), hay ẩm độ khoảng 10% MC (Moisture Content, tính theo chất tươi), tức tương ứng với thăng-bằng-ẩm-độ-tương-đối của không khí 50% RH (equilibrium with 50% Relative Humidity), hay với một lực nước (water potential) khoảng −100 MPa. Khi tiếp xúc với không khí khô, tức ẩm-độ-tương-đối dưới 95%, sinh vật mất nước (dehydration) như qua thở, thoát mồ hôi và bài tiết ở động vật, thoát hơi nước (transpiration) ở thực vật  qua các khí khổng (stomata). Không khí càng khô, mất nước càng nhiều và nhanh. Đa số các sinh vật đều chết khi cơ thể thăng-bằng-với-50%-ẩm-độ-tương-đối của không khí.

          Tuy nhiên, ở động vật, có nhiều loài (species) trong số 5 chủng-loại (Phylum. Phyla) dưới đây có khả năng sống được trong điều kiện hoàn-toàn-khô-nước.

            Một số động vật trưởng thành có khả năng sống trong tình trạng hoàn-toàn-khô-nước, đáng kể nhất là 3 chủng-loại gồm tuyến-trùng (nematodes), phiêu-sinh động vật (rotifers) và bọ-nước (tardigrades).

          Tuyến-trùng là sinh vật đông đảo nhất, chiếm 80% trong loài động vật, có tới hàng triệu loài (species), sống ở mọi môi trường, nước ngọt, nước lợ, nước biển, trong đáy biển cho tới đất liền, từ độ sâu 3,6 km ở các hầm mỏ cho tới mặt đất, từ đồng bằng cho tới núi cao, trong mọi khí hậu từ hai địa cực cho tới xích đạo, sa mạc. Trong 1 m3 đất có thể chứa tới triệu tuyến trùng. Tuyến trùng hoặc sống hoại sinh, hoặc sống ký sinh trong cây cối, động vật khác. Thân hình ống như trùn (giun), đa số dài <2,5 mm. Tuyến trùng trong đất có thể sống khi đất thật khô, ẩm độ đất <2%, thân thể khô héo co rút lại, bất động, trong trạng thái ngủ hưu-miên (dormancy). Ấu trùng chịu đựng hoàn toàn-khô-nước giỏi hơn trưởng thành.Nhưng khi gặp nước, thân thể trương nước trở lại và hồi sinh.

          Phiêu-sinh động vật (rotifers) sống trong nước, từ nước ngọt, lợ, mặn, là đầu nguồn trong dây chuyền thực phẩm (food chain). Thân hình tròn như bánh xe (wheel animals), kích thước từ 5 µm đến 2 mm, đa số trong 0,1 – 0, 5 mm. Trong điều kiện ao hồ khô cạn, đáy chỉ còn đất khô nức nẻ, loài Bdelloid co rút thân thể vì hoàn toàn mất nước, không thấy dấu hiệu của sự sống, nhưng khi gặp nước thì thân trương nước trở lại bình thường và hồi sinh sau vài giờ. Trong điều kiện hoàn-toàn-khô-nước, Bdelloid có thể “ngủ” như vậy trong 9 năm.

          Bọ-nước (tardigrades) hay Heo-rêu (moss piglets) hay Gấu-nước (waterbears) là động vật nhỏ, dài 0,1 mm đến tối đa 1,5 mm. Ấu trùng nhỏ 0,05 mm. Thân trương mọng nước, có đốt, với 8 chân.


Bọ-nước Hypsibius dujardini

 

          Sống khắp thế giới ở mọi môi trường, từ hai địa cực cho tới xích đạo, tử đáy biển sâu cho tới ngọn Hy Mả Lạp Sơn. Thường sống chung với rêu (moss) và địa-y (lichens). Cũng thấy ở đụn cát, bãi biển, đất, trong phù sa sông và phù sa biển. Trong một lít có thể tới 25 ngàn con bọ-nước. Bọ nước có thể sống được trong môi trường khắc nghiệt mà không có sinh vật nào sống nỗi. Nó có thể sống được ở nhiệt độ lạnh tuyệt đối (−273 °C) cũng như ở nhiệt độ nóng 151°C, chịu đựng được 1000 lần phóng xạ hơn các sinh vật khác, và trong tình trạng hoàn-toàn-khô-nước hàng chục năm. Năm 2007, bọ-nước được thí nghiệm trong điều kiện chân-không (vacuum) ở ngoài vũ trụ trong vài ngày, khi trở về trái đất, nó vẫn sống.

          Khi ẩm độ tương đối của không khí hạ xuống 70% rh, thân bọ-nước co rút thể tích vì mất nước, đồng thời tiết ra một chất sáp (wax) để chống thoát hơi nước. Nhờ vậy, khi ẩm-độ-tương-đối của không khí hạ xuống 0 % rh, lúc đó ẩm độ thân khoảng 1% và bọ-nước đi vào trạng thái hưu miên, mọi biến dưỡng chỉ còn 0,01% của bình thường, cho tới khi gặp nước để hồi sinh.

Ngoài 3 chủng loại trên, trứng hay ấu trùng (larvae) của 2 chủng-loại sau đây, một thuộc loài Giáp Xác (Crustaceae, tôm cua) và một loài muỗi (fly) cũng tồn tại  được ở điều kiện hoàn-toàn-khô-nước.

          Thuộc chủng-loài Tôm Cua là loại tôm Artemia – Brine shrimp. Loài tôm artemia có thể sống ở nước biển có độ mặn từ 5‰ đến 250 ‰ (phần ngàn, 5 g – 250 g/l), tức mặn hơn 7 lần nước biển bình thường. Thân dài khoảng 8 – 10 mm cho tôm đực, 10 -12 mm cho tôm cái. Trứng của loại tôm này có lớp võ màu nâu rất dày, gọi chung là cyst (tiểu nang), có thể phơi khô trên dàn bếp và tồn trữ trong điều kiện hoàn-toàn-khô-nước một thời gian lâu dài, có thể tới 2 năm. Tiểu nang cũng có thể chịu đựng được nhiệt độ lạnh -190°C, hay trong nước sôi 105 °C 2 giờ mà không chết. Khi gặp nước mặn (>0,5% muối), trứng sẽ nở thành ấu trùng tôm sau vài giờ. Hiện nay, hàng năm trên 2000 tấn trứng khô được bán trên thị trường thế giới để nuôi thủy sản.

          Ấu trùng, tức lăn-quăn, của một loài muỗi không hút máu Polypedilum vanderplanki ở vùng khô hạn Phi Châu có khả năng sống trong điều kiện hoàn-toàn-khô-nước. Vùng này rất khô hạn, không có mưa trong suốt 8 tháng liên tục, và nhiệt độ nước trong ao, vũng tới 40°C. Lăn-quăn sống trong các vũng nước này. Trong mùa khô hạn, nước bốc hơi, cạn rất nhanh. Khi chỉ còn bùn ẩm ướt, lăn-quăn nhả nước miếng vào bùn tạo một cái ổ bằng đất bao bọc bảo vệ thân. Khi bùn khô, đất nứt nẻ, ẩm độ thân chỉ còn 3%, và lăn-quăn ngủ hưu miên. Khi mùa mưa đến, gặp nước, trong vòng 3 giờ, lăn-quăn hồi sinh. Sau đó, lăn quăn làm kén, hóa nhộng, nở thành muỗi. Muỗi, kén, nhộng, và trứng của loài muỗi này không có khả năng sống trong mùa khô hạn.

 


Lăn-quăn trong vũng nước (trái) và hưu miên khi đất khô nức nẻ

          Như vậy, chỉ có một số động vật nhỏ có khả năng sinh tồn trong điều kiện rất khắc nghiệt của môi trường không có nước. Đó là những động vật sơ khai đầu tiên trong lịch sử tiến hóa (Evolution). Động vật càng tiến hóa về sau, càng chứa nhiều tế bào hay có cơ quan chuyên biệt, thì mất dần khả năng chống chỏi điều kiện hoàn-toàn-khô-nước.

          Tuy nhiên, vẫn còn sót lại một số động vật, mặc dầu không chịu nỗi điều kiện hoàn-toàn-khô-nước, nhưng phát triển một số cơ nguyên để thích-ứng cho-sinh-tồn (adaptation for survival) trong điều kiện thiếu nước.

          Chẳng hạn, trong vùng ảnh hưởng gió mùa, như Việt Nam, mùa khô hạn kéo dài 5-6 tháng, không khắc nghiệt lắm, vì trong thời gian này thỉnh thoảng có mưa. Những loài lưỡng-thể như ếch nhái, ểnh ương, rùa đào hang thật sâu vào lòng đất nơi còn ẩm rồi ngủ hưu miên. Khi mùa mưa tới thì trồi lên mặt. Cua và một vài loại cá, như cá trê, cũng có khả năng này để sống còn trong những tháng khô hạn.

          Đặc biệt nhất là loài cá-phổi (lung-fish) (Protopterus) của vùng khô hạn Phi Châu, nơi có thể 3-4 năm không có một trận mưa. Tất cả ao hồ đều khô cạn, đáy ao hồ nức nẻ. Nhưng chỉ sau một trận mưa lớn, hàng hà sa số cá-phổi tung tăng trong dòng nước, có con dài tới 2 m, nặng 40-50 kg. Chúng từ đâu đến?

          Khác với loài cá thông thường thở qua mang, cá-phổi vừa có mang và có phổi. Chúng thở cả hai, tùy theo hoàn cảnh. Khi ở trong nước, nó thở bằng mang, thỉnh thoảng trồi lên hít không khí để thở bằng phổi. Trong điều kiện không có nước, nó thở qua phổi.

 

 


Cá-phổi Phi Châu (Protopterus aethiopicus)

 

          Khi mùa hạn bắt đầu, tất cả cá tập trung vào ao hồ. Khi nước cạn dần, chỉ còn bùn, thì cá đào hang sâu, tạo một ổ tròn như một trái banh khổng lồ, trống rỗng. Cá cong mình vừa khít vào lỗ bộng. Từ lớp bùn dày phía trên cá khoét một cái lỗ nhỏ để thông hơi.  Bùn khô dần và từ từ rắn chắc như đá. Cá ngủ trong trái banh đất đó, cho tới mùa mưa năm sau hay năm sau nữa. Nó có thể sống như vậy trong 4 năm, thở qua phổi và nhờ năng lượng dự trữ trong mở, thân thể teo dần, ốm tong teo nếu hạn hán kéo dài nhiều năm. Khi gặp mưa lớn, nó phá tổ, trồi lên mặt và tìm mồi. Chỉ vài ngày sau, cá mập trở lại, bắt cặp, đẻ trứng, và một chu kỳ con cháu tiếp theo.

 

Reading, 4/2012

Trần-Đăng Hồng, PhD

 
  Số lượt người đọc từ ngày đầu tháng: 230413 visitors (858177 hits)  
 
=> Do you also want a homepage for free? Then click here! <=