Cá tiếp xúc với bức xạ trong các hệ thống nước ngọt sau thảm họa Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl (NPP) năm 1986 và trong các hệ thống nước ngọt, nước mặn sau thảm họa Nhà máy điện hạt nhân Fukushima gần đây hơn vào năm 2011. Trong những năm sau thảm họa, mức độ phóng xạ giảm nhanh chóng do sự phân rã phóng xạ và các quá trình biến đổi của môi trường. Để hiểu rõ hơn về tác động lâu dài của bức xạ liều thấp trong môi trường đối với sự phát triển buồng trứng của cá, một nghiên cứu sử dụng bức xạ có thông lượng cao đã được thực hiện cho các kiểu hình tuyến sinh dục khác nhau của cá rô sinh trưởng trong hồ bị ô nhiễm phóng xạ mức trung bình và các hồ bị ô nhiễm nặng. Đây là nghiên cứu toàn diện nhất cho đến nay về phản ứng của gen trong hệ thống sinh sản của động vật hoang dã đối với bức xạ. Một số phản ứng gen được điều chỉnh trong tuyến sinh dục bị chiếu xạ được phát hiện có liên quan đến các quá trình sinh học bao gồm sự biệt hóa và tăng sinh tế bào (ggnb2, mod5, rergl), tổ chức bộ khung tế bào (k1C18, mtpn), phát triển tuyến sinh dục (nell2, tcp4), chuyển hóa lipid (ldah, at11b, nltp), sinh sản (cyb5, cyp17A, ovos), sửa chữa tổn thương DNA (wdhd1, rad51, hus1) và cơ chế biểu sinh (dmap1). Việc xác định các gen này giúp hiểu rõ hơn về các cơ chế phân tử cơ bản hỗ trợ sự phát triển của kiểu hình tuyến sinh dục của cá rô hoang dã và cách cá có thể phản ứng với việc tiếp xúc lâu dài với bức xạ trong môi trường tự nhiên của chúng, mặc dù nguyên nhân gây ra phản ứng gen vẫn chưa rõ ràng ở các tuyến sinh dục chưa phát triển.
Trong khi các tác động sinh học của việc tiếp xúc cấp tính với bức xạ trong môi trường phòng thí nghiệm đã được nghiên cứu nhiều, nhưng người ta biết rất ít về các tác động lâu dài của việc tiếp xúc với bức xạ liều thấp đối với các sinh vật trong môi trường tự nhiên. Hơn nữa, kết quả từ các tài liệu về tác động của liều thấp đối với sức khỏe của động vật hoang dã trong vùng cấm Chernobyl (CEZ) lại khác nhau. Ví dụ, một số nghiên cứu không tìm thấy bằng chứng về tác động của bức xạ đối với quần thể động vật dưới nước và trên cạn, trong khi những nghiên cứu khác lại tìm thấy tác động bất lợi của bức xạ đối với số lượng động vật không xương sống, chim và động vật có vú tại Chernobyl. Do đó, liều lượng gây ra thiệt hại đáng kể cho quần thể động vật hoang dã vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải.
Cá bị phơi nhiễm ở mức cao tại cả Chernobyl và Fukushima, sau các vụ tai nạn Nhà máy điện hạt nhân (NPP) vào năm 1986 và 2011. Liều lượng cao nhất đối với cá sau thảm họa Chernobyl được ước tính là 400 μGy/h. Sau đó, liều lượng giảm nhanh chóng chủ yếu do sự phân rã của các đồng vị có thời gian sống ngắn. Ba thập kỷ sau thảm họa Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, các chất phóng xạ đáng quan tâm là 90Sr (phát β) và 137Cs (phát β và γ) do chu kỳ bán rã phóng xạ dài (lần lượt là 28 và 30 năm). Sự đóng góp của các nguyên tố phóng xạ transuranium vào tổng liều lượng đối với cá ở Chernobyl là rất thấp. Tổng liều lượng đối với cá rô (Perca fluviatilis) và cá gián (Rutilus rutilus) năm 2015 thay đổi từ 0,8 đến 14,1 và 1,7 đến 15,7 μGy/h. Sự phóng đại sinh học của 137Cs đã được quan sát thấy giữa cá gián (một loài ăn tạp) và cá rô (một loài ăn thịt) từ một số hồ ở Belarus và Ukraine, 30 năm sau thảm họa nhà máy điện hạt nhân Chernobyl.
Những thay đổi về hình thái của hệ thống sinh sản của cá, chẳng hạn như sự bất đối xứng, vô sinh, tế bào bất thường hoặc không có tuyến sinh dục, đã được quan sát thấy vài năm sau cả thảm họa Chernobyl và thảm họa Kyshtym tại địa điểm sản xuất plutonium Mayak ở Nga. Trong một nghiên cứu quy mô lớn gần đây về tác động của bức xạ mãn tính lên cá từ Chernobyl, hệ thống sinh sản của cá rô châu Âu, P. fluviatilis, dường như nhạy cảm hơn với bức xạ so với loài cá gián, R. rutilus mà không có tác động nào được ghi nhận. Ở cá rô cái Chernobyl, bức xạ môi trường đã làm chậm quá trình trưởng thành của tuyến sinh dục, bằng chứng là mối tương quan tích cực giữa tỷ lệ trứng chưa trưởng thành tạo nên tuyến sinh dục đã phát triển của cá từ các hồ tiếp xúc và sự thay đổi liều lượng bức xạ ở bảy hồ trong khu vực. Ngoài ra, tỷ lệ cá cái có tuyến sinh dục chưa phát triển ở hai trong số ba hồ bị ô nhiễm nặng là rất đáng kể. Tuy nhiên, vì không thấy tuyến sinh dục chưa phát triển ở hồ thứ ba bị ô nhiễm nặng, nên vẫn chưa rõ liệu kiểu hình này có phải là kết quả trực tiếp của việc tiếp xúc với bức xạ hay là một số yếu tố môi trường khác: hai hồ mà tác động được nhìn thấy là các hồ chứa nhân tạo (Hồ làm mát Chernobyl và Yanovsky Crawl), trong khi hồ thứ ba là hồ tự nhiên (Glubokoye).
Theo hiểu biết của các nhà khoa học, tác động của bức xạ lên cá được đánh giá thông qua một số nghiên cứu trong phòng thí nghiệm thực hiện trên cá hồi Đại Tây Dương trưởng thành (Salmo salar), phôi cá ngựa vằn (Danio rerio) và phôi cá gai (Gasterosteus aculeatus). Tuy nhiên, tác động của bức xạ lên các sinh vật thủy sinh tiếp xúc với môi trường tự nhiên của chúng vẫn chưa được xác định. Hơn nữa, tác động của bức xạ môi trường mãn tính lên các cơ chế phân tử liên quan đến quá trình trưởng thành của tuyến sinh dục ở cá và có khả năng là nguyên nhân gây ra sự chậm trễ trong quá trình trưởng thành của tuyến sinh dục trước đây được quan sát thấy ở cá rô ở Chernobyl vẫn chưa được biết rõ. Để giải quyết khoảng trống kiến thức này, chúng tôi đã áp dụng phương pháp thông lượng cao đối với kiểu hình tuyến sinh dục quan sát được của cá cái tiếp xúc với một mức độ bức xạ tại Chernobyl. Nghiên cứu với cá rô được thu thập từ các hồ nằm bên trong và bên ngoài vùng loại trừ Chernobyl (CEZ) đã được giải trình tự, lắp ráp de novo. Những thay đổi trong phản ứng được đánh giá giữa các tuyến sinh dục cái đã phát triển từ các hồ tham chiếu, các tuyến sinh dục cái đã phát triển/được chiếu xạ từ các hồ có mức độ ô nhiễm phóng xạ trung bình (M) (Svyatoye) và cao (H) (Hồ làm mát Chernobyl và Yanovsky Crawl) và các tuyến sinh dục cái chưa phát triển/được chiếu xạ từ các hồ có mức độ ô nhiễm phóng xạ cao (H).
Phân tích mô học được thực hiện để xác định giai đoạn trưởng thành của tuyến sinh dục. Mặt cắt ngang chuẩn hóa của tuyến sinh dục được lấy ra từ mỗi con cá và cố định trong 24 giờ trong 10% formalin đệm trung tính trước khi chuyển vào 70% ethanol để đánh giá mô học tiếp theo. Tuyến sinh dục được xử lý trong bộ xử lý thấm chân không bằng cách sử dụng các giao thức mô học chuẩn và nhúng trong sáp parafin. Sử dụng máy cắt quay, các lát cắt có kích thước 5–7 μm được lấy và sau đó nhuộm bằng hematoxylin và eosin (H&E). Giai đoạn tuyến sinh dục được xác định bằng cách xác định tỷ lệ phần trăm trứng chưa trưởng thành (quanh nhân) và trưởng thành (vỏ nang) được quan sát thấy trên một diện tích bề mặt xác định ở độ phóng đại 10 lần bằng kính hiển vi (Zeiss axiozoom).
Kết quả nghiên cứu cho thấy trọng lượng cơ thể, chiều dài tổng thể và chỉ số gan của cá biểu hiện các kiểu hình khác nhau là tương tự nhau giữa các hồ. Chỉ số điều kiện Fulton (K) của cá từ hồ Cooling Pond (H) và hồ Yanovsky (H) giảm so với chỉ số điều kiện Fulton của cá có tuyến sinh dục phát triển từ các hồ tham chiếu. Không có bất kỳ sự khác biệt nào giữa chỉ số K của cá từ hồ Svyatoye (M) và cá từ các hồ tham chiếu. Phân tích mô học cho thấy tuyến sinh dục chưa phát triển chỉ bao gồm các tế bào trứng chưa trưởng thành và tuyến sinh dục đã phát triển, từ cả hồ tham chiếu và hồ đã chiếu xạ, bao gồm cả tế bào trứng chưa trưởng thành và đã trưởng thành. Sự phân bố của các tế bào trứng chưa trưởng thành trong tuyến sinh dục đã phát triển là 55% ở cá từ các hồ tham chiếu, 61% ở cá từ hồ chiếu xạ trung bình (M) và 68% ở cá từ hồ chiếu xạ cao (H). Trọng lượng của tuyến sinh dục chưa phát triển ở cá từ Hồ làm mát và hồ Yanovsky thấp hơn đáng kể so với trọng lượng của tuyến sinh dục đã phát triển/chiếu xạ ở cá từ cùng hồ, hồ Syatoye và trọng lượng của tuyến sinh dục đã phát triển ở cá từ các hồ tham chiếu. Chỉ số sinh dục (GSI) của cá có tuyến sinh dục chưa phát triển thấp hơn đáng kể so với GSI của cá có tuyến sinh dục đã phát triển/được chiếu xạ và đã phát triển/tham chiếu. GSI của cá có tuyến sinh dục đã phát triển/được chiếu xạ từ Cooling Pond, hồ Yanovsky và GSI của cá có tuyến sinh dục đã phát triển từ các hồ tham chiếu là tương tự nhau. GSI của cá có tuyến sinh dục đã phát triển/được chiếu xạ từ Svyatoye thấp hơn đáng kể so với GSI của cá từ các hồ tham chiếu.
Nghiên cứu hiện tại đề cập đến tác động của việc tiếp xúc lâu dài với bức xạ trong môi trường lên bản sao của cá rô được thu thập ở các hồ bị ô nhiễm nặng trong vùng cấm Chernobyl 10 km so với cá được thu thập ở các hồ tham chiếu gần với bối cảnh bức xạ tự nhiên. Nghiên cứu này là nghiên cứu toàn diện nhất cho đến nay về phản ứng của gen đối với bức xạ ở cá trong các hệ sinh thái tự nhiên. Nghiên cứu đã tiết lộ sự khác biệt về số lượng bản sao liên quan đến sự phát triển của tuyến sinh dục và các con đường trước đây được tìm thấy là được điều chỉnh khi tiếp xúc với bức xạ. Có bằng chứng xác đáng cho thấy bức xạ là yếu tố gây ra sự chậm trễ tinh vi được quan sát thấy trong quá trình phát triển của trứng ở kiểu hình đã phát triển/bị chiếu xạ. Tuy nhiên, kiểu hình chưa phát triển không thể liên quan nhân quả với bức xạ, mặc dù đây là một nguyên nhân có thể xảy ra. Nghiên cứu đã làm nổi bật một số lượng lớn các gen được biểu hiện khác biệt có thể chỉ ra các hướng nghiên cứu bổ sung về các protein được mã hóa (đại diện cho mức độ ý nghĩa sinh học cao hơn), đặc biệt là những gen liên quan đến sự chậm trễ trong quá trình trưởng thành của trứng ở cá cái.
Từ khóa: bức xạ;
– CMD –
