Tên đề tài: “Ảnh hưởng của nhiệt độ,  điều kiện oxy thấp và CO₂ cao lên hô hấp và sinh lý của cá thát lát còm Chitala ornata (Gray, 1831)”.

 Tác giả: Đặng Diễm Tường, Khóa: 2013

 Chuyên ngành: Nuôi trồng thủy sản; Mã số: 62620110. Nhóm ngành: Nông-Lâm-Ngư nghiệp.

 Người hướng dẫn chính: GS.TS. Trần Ngọc Hải - Trường Đại học Cần Thơ.

 Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Mark Bayley - Trường Đại học Aarhus.

1. Tóm tắt luận án

Trong thí nghiệm đầu tiên về tiêu hao oxy và trao đổi chất, C. ornata không cho thấy bất kỳ ảnh hưởng nào từ sự tăng nhiệt độ 6°C so với mức trung bình 27°C trong khi tăng trưởng tốt hơn ở nhiệt độ cao. Yếu tố quan trọng giúp cá thát lát còm thích nghi thành công dưới nhiệt độ cao và điều kiện thiếu oxy là khả năng hô hấp khí trời mà cá có thể đáp ứng được nhu cầu oxy. Do đó, phát hiện này có thể được đề xuất cho người nuôi cá thát lát khi ở môi trường nhiệt độ cao, duy trì sục khí tốt sẽ mang lại năng suất cao hơn.

Khả năng biến đổi cấu trúc mang của cá thát lát còm cho phép cá thích nghi với môi trường biến động về oxy hòa tan và nhiệt độ tăng đã được chỉ ra trong nghiên cứu thứ hai. Nhiệt độ tăng cao làm tăng diện tích bề mặt (SA) nhanh hơn so với tình trạng thiếu oxy trong khi độ dày khuếch tán của máu được biến đổi mỏng hơn do thiếu oxy. Phát hiện này ở C. ornata cho thấy rằng sự biến đổi cấu trúc mang có khả năng là một đặc điểm cổ xưa tồn tại ít nhất 300 triệu năm trước do cá thát lát là loài cá cổ. Kết quả nghiên cứu này được coi là quan trọng đáng kể khi nhiều loài cá tồn tại hiện nay chưa được nghiên cứu cũng có thể thừa hưởng khả năng biến đổi cấu trúc mang để đối phó với những thay đổi môi trường.

Trong nghiên cứu thứ ba và nghiên cứu thứ tư, chúng tôi đã phát hiện ra rằng phản ứng hô hấp khí trời của C. ornata được điều khiển bởi ít nhất là do các thụ cảm CO₂/H⁺ định hướng được bên trong và phát hiện này được xem là mới đầu tiên trên loài cá hô hấp khí trời không bất buộc. Các thụ cảm CO₂/H⁺ định hướng bên trong kiểm soát tình trạng axit-bazơ của máu động mạch và dịch não tủy trong khi các thụ cảm CO₂/H⁺ định hướng bên ngoài chỉ tiếp nhận và phản ứng với CO₂/H⁺ ở  môi trường bên ngoài. Do đó, các thụ cảm bên trong đại diện cho mức độ tiến hóa của động vật có xương sống dưới nước, trên thực tế, sự tồn tại của các thụ cảm CO₂/H⁺ trung tâm ở cá phổi và tetrapod đã được báo cáo trong các nghiên cứu trước đây. Điều quan trọng là nên có nhiều nghiên cứu hơn để xác định trực tiếp các thụ cảm trung tâm trên C. ornata.

Do đó, tác động của biến đổi khí hậu có thể giảm đi đối với C. ornata và có thể các loài cá khác do nhiều đặc điểm tiến hóa đã giúp chúng sống sót qua nhiều biến đổi nghiêm trọng của môi trường trong quá khứ  mà chúng vẫn còn di truyền và được sử dụng cho đến nay. Tuy nhiên, cần xem xét tác động kết hợp của những biến đổi phức tạp của các yếu tố môi trường và xem những tác động kết hợp này ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cá cũng như các khía cạnh liên quan đến sinh lý sinh học khác.

2. Những điểm mới trong luận án

Luận án trình bày phát hiện mới ở loài Chitala ornata được trình bày trong 4 chương nghiên cứu chính. Đầu tiên, nghiên cứu cho thấy rằng cá thát lát có thể tăng tốc độ trao đổi chất trong cả hai điều kiện oxy cao và thấp kết hợp với nhiệt độ cao, hô hấp khí trời là một cơ chế quan trọng để giúp cá thát lát còm thích nghi với nhiệt độ tăng. Giá trị Q₁₀ lớn hơn 1,4 của các chỉ tiêu SMR, RMR, SDA và tăng trưởng thể hiện sự thích nghi và đáp ứng tốt của cá thát lát còm ở các điều kiện khảo sát. Cơ chế thích nghi thứ hai của C.ornata là khả năng biến đổi cấu trúc mang khi tăng và giảm SA cũng như khoảng cách độ dày khuếch tán nước vào máu trong các điều kiện nhiệt độ và nồng độ oxy của môi trường xung quanh thay đổi. Sử dụng phương pháp hình học lập thể (stereology) có thể ước lượng chính xác SA cũng như độ dày khuếch tán. Sự biến đổi cấu trúc mang này được tìm thấy ở C.ornata góp phần đáng kể vào việc dự đoán các loài còn lại chưa được nghiên cứu có thể vẫn còn được di truyền các đặc điểm biến đổi cấu trúc cổ xưa. Các phản ứng hô hấp tim mạch của C. ornata đối với điều kiện CO₂ cao trong nước và trong máu cho thấy C. ornata có các thụ cảm CO₂/H⁺ định hướng bên trong, đây là phát hiện đầu tiên ở các loài cá hô hấp khí trời.

3. Ứng dụng/Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo

Những phát hiện này cho thấy rằng cá thát lát còm vẫn hoạt động tốt dưới tác động của sự nóng lên toàn cầu khi nhiệt độ trong mức dự đoán sẽ tăng 6°C trong thế kỷ tới. Ngoài ra, ứng dụng vào việc nuôi thủy sản để cải thiện các điều kiện nuôi như giảm tình trạng thiếu oxy bằng cách cung cấp oxy hoặc tăng trao đổi nước trong hệ thống nuôi.

Nghiên cứu này sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ hơn khả năng thích ứng của cá hô hấp khí trời với sự tăng nhiệt độ và tăng CO₂.

1. Summary of the dissertation

In the first experiment of respiratory metabolism, C. ornata did not show any influent from 6°C elevated above the average of 27°C whereas growth performance was better at a higher temperature. The key success of C. ornata under high temperature and hypoxia is the ability of air-breathing that fish can fulfil the increase of oxygen demand. Therefore, this finding can be suggested to farmers that when growing C. ornata at high temperature, maintaining well aeration will bring better productions.

The ability of gill remodelling of C. ornata allowing fish to adapt with environmental dissolved O₂ and temperature changes has been indicated in the second research. The elevated temperature induced the increase of SA faster than that of hypoxia whereas water blood diffusion thickness was driven thinner by hypoxia. This finding in C. ornata proves that the gill transformation is likely an ancient trait existed at least 300 million years ago. The present study’s results are considered significantly important when it has been perspectively inferred that many extant fish species can also inherit the ability of gill plasticity to deal with the environmental changes.

In the third and last researches, we found that air-breathing response of C. ornata was driven by at least internally oriented CO₂/H⁺-sensitive chemoreceptors which were extraordinary finding in a facultative air-breathing fish. The internally oriented CO₂/H⁺-sensitive chemoreceptors control the acid-base status of arterial blood and cerebrospinal fluid whereas the externally oriented CO₂/H⁺-sensitive chemoreceptors only monitor the ambient CO₂/H⁺ in the environment. Therefore, these internal chemoreceptors represent the evolutionary levels of aquatic vertebrates, in fact, the existence of central CO₂/H⁺ -sensitive chemoreceptors in lungfish and tetrapods have been indicated in previous studies. It is significantly important to investigate more studies to directly determine the central chemoreceptors on C. ornata.

Therefore, climate change effects can likely be diminished for C. ornata and maybe other fish species due to many evolutionary features helping them survival through many severe changes of environment in the past are still remained and used now. However, it is necessary to investigate the integrating effect of complex changes of environmental factors and see how these combining impacts affect on the growth of fish as well as other relative aspects of biology.

2. New findings of the dissertation

The dissertation presented a new finding in Chitala ornata which were presented in 4 main chapters. First, Chitala is able to increase the metabolic rate in both normoxic and hypoxic condition at elevated temperature, air-breathing is a significantly important mechanism to adapt to increased temperature. The good adaptions were presented through Q₁₀ values of larger than 1.4 found in SMR, RMR, SDA and growth. The second adaptive mechanism of Chitala was the ability of gill transformation in increase and decrease SA as well as water-blood thickness distance at the different condition of temperatures and oxygen levels of the ambient environment. Using stereological methods can reveal the accuracy and unbias values of estimating SA as well as diffusion thickness. This gill remodelling found in C.ornata is significantly contributed to the prediction of the rest unstudied species due to the ancient heritage of gill remodelling trait proven. The cardioventilatory responses of Chitala ornata to hypercarbic and hypercapnia found that Chitala ornata is internal orientation of CO₂/H⁺ sensitive chemoreceptors which is the first finding in facultative air-breathing fish species.

3. Applicability/Recommendations for further research

These findings illustrate that C.ornata still performs well under the effect of global warming when the predicted temperature to be increased 6°C over the next century. In addition, the aquaculture production of C.ornata  would be improved if improving the rearing conditions such as alleviating hypoxia by supplying oxygen or increasing water exchange in the culture system.

This research will play a key role in a better understanding of the capacity for adaptation of air-breathing fish to temperature and CO₂ level increases.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)