CHƯƠNG I. Giới thiệu về sao biển 1. Cấu tạo của sao biển và phân bố Sao biển là động vật không xương sống thuộc lớp Asteroidea, ngành Da gai (Echinodermata). Có khoảng 1800 loài sao biển sống ở tất cả các đại dương trên thế giới từ vùng biển nhiệt đới đến vùng biển lạnh, từ bãi triều đến đáy biển sâu.
Là một động vật biển thuần túy, thế nên không có loài sao biển nào sống trong môi trường nước ngọt và chỉ một số ít sống trong môi trường nước lợ. Tên gọi “sao biển” bắt nguồn từ hình dạng có 5 cánh của đa số các loài, tuy nhiên cũng có những loài có đến 10, 20 thậm chí 40 cánh [1]. Đặc biệt, sao biển Labidiaster annulatus sống ở Nam Cực có tới hơn 50 cánh [2]. Sao biển được bao phủ bên ngoài bởi một lớp da gai, bên trong là khung xương rất cứng giúp bảo vệ chúng khỏi những kẻ săn mồi.
Cơ thể sao biển thường có một đĩa trung tâm và năm cánh, một số ít loài có số lượng cánh tay lớn hơn. Bề mặt phía trên có thể mịn, dạng hạt hoặc gai, và được phủ bằng các tấm chồng lên nhau. Nhiều loài có màu sắc rực rỡ với các sắc thái khác nhau của màu đỏ hoặc cam, trong khi có những loài có màu xanh lam, xám hoặc nâu, có tác dụng ngụy trang hoặc đe dọa kẻ thù. Sao biển có chân ống được vận hành bởi một hệ thống thủy lực và một miệng ở trung tâm của bề mặt dưới.
Sao biển không có đầu và việc di chuyển được thực hiện bởi hệ thống chân ống nằm phía dưới mỗi cánh tay. Tốc độ di chuyển rất chậm, khoảng 5-10 cm/phút. Thức ăn của chúng đa số là các động vật không xương sống, cá nhỏ ở tầng đáy, rong biển và cả san hô. Phần lớn sao biển đều có khả năng đặc biệt đó là tiêu hóa con mồi bên ngoài cơ thể.
Chúng sử dụng những ống chân nhỏ xíu để mở vỏ trai hoặc hàu rồi sau đó đẩy dạ dày ra khỏi miệng và luồn vào bên trong con mồi. Tiếp đó chúng sẽ tóm lấy và tiêu hóa con mồi, và cuối cùng thu dạ dày trở lại cơ thể. Sao biển có vòng đời phức tạp và có thể sinh sản cả hữu tính và vô tính. Hầu hết sao biển có khả năng tái tạo các bộ phận bị hư hỏng hoặc cánh tay bị mất, đặc biệt có một số loài có thể tái tạo lại toàn bộ cơ thể từ một phần cánh tay bị đứt lìa.
luan an 3 Hình 1. Cấu tạo của sao biển (nguồn: inforvisual.info) Lớp Asteroidea đóng vai trò sinh thái quan trọng trong hệ sinh vật biển. Sao biển màu nâu đất Pisaster ochraceus và sao biển rạn san hô Stichaster australis, đã được biết đến rộng rãi như là các loài chìa khóa (keystone species) trong hệ sinh thái. Loài sao biển gai Acanthaster planci là loài tiêu diệt san hô ở khắp vùng Ấn Độ - Thái Bình Dương và bắc Thái Bình Dương và được coi là một trong 100 loài xâm lấn tồi tệ nhất thế giới.
Sao biển sản xuất một số lượng lớn các hợp chất thứ cấp ở dạng lipit, bao gồm các dẫn xuất steroid của cholesterol và amit axit béo của sphingosine. Các steroid chủ yếu ở dạng saponin, được gọi là asterosaponin, và các dẫn xuất sunfat hóa của chúng. Các chất này khác nhau tùy theo loài và có thể có đến tối đa sáu phân tử đường (thường là glucose và galactose). Ngoài ra, một số lượng nhỏ các alkaloid cũng đã được tìm thấy trong sao biển.
Chức năng của các hợp chất này trong sao biển chưa được nghiên cứu đầy đủ nhưng hầu hết có vai trò trong phòng thủ và liên lạc. Một số chất được sử dụng bởi sao biển để ngăn chặn những kẻ săn mồi. Các chất chống đông máu và các peesellariae dạng chân kìm rất nhỏ có tác dụng ngăn chặn các sinh vật khác định cư trên bề mặt trên của sao biển. Nghiên cứu về tác dụng của các hợp chất này để sử dụng trong ngành y dược hoặc công nghiệp đang được tiến hành trên toàn thế giới [3].
Lớp sao biển Asteroidea được chia thành 7 bộ [4]: - Bộ Brisingida: có 18 chi thuộc 2 họ với khoảng 100 loài, chủ yếu sống dưới đáy biển sâu, cánh tay mỏng, chiều dài từ 6-16 cm. - Bộ Forcipulatida: có 68 chi thuộc 6 họ với khoảng 300 loài, có đặc điểm đặc trưng là cánh tay dạng kìm nhỏ. luan an 4 - Bộ Notomyotida: có 12 chi thuộc 1 họ với khoảng 75 loài, là các loài sao biển sống dưới biển sâu với cánh tay rất linh hoạt và các sợi cơ dài dọc theo bề mặt hông bên trong cơ thể. - Bộ Paxillosida: có 46 chi thuộc 6 họ với khoảng 255 loài, nét đặc trưng là có cánh tay nhọn và có thể vùi cơ thể dưới các lớp bùn cát.
- Bộ Spinulosida: có 7 chi thuộc 2 họ với khoảng 120 loài. Là các sao biển với bộ khung tương đối mảnh và chân dạng kìm nhỏ. - Bộ Valvatida: có 172 chi thuộc 17 họ với khoảng 695 loài. Cấu tạo khá đa dạng và thường có đặc điểm chung là xương mép nhỏ, 5 cánh với chân ống.
- Bộ Velatida: có 25 chi thuộc 5 họ với khoảng 203 loài. Các loài sao biển thuộc bộ này thường có thân mỏng với vòng tròn trung tâm lớn và những chỗ lõm với đường kính lớn. Các loài sao biển ở Việt Nam Các nghiên cứu về khu hệ động vật đáy vùng biển Đông trước năm 2003 chỉ ra có khoảng 56 loài sao biển được ghi nhận ở vùng biển Việt Nam [6]. Báo cáo gần đây của nhóm các nhà khoa học Nga (Antokhina và cs.) đưa ra danh mục gồm 79 loài sao biển tìm thấy ở vùng biển Việt Nam [7].
Tuy nhiên số liệu trên còn khá khiêm tốn so với 236 loài được phát hiện ở vùng biển Đông [8,9]. Do đó cần thiết phải có thêm các nghiên cứu về đa dạng loài sao biển tại Việt Nam. Các loài sao biển phân bố dọc bờ biển từ bắc vào nam và ở các độ sâu khác nhau. Hai vùng biển chứa số lượng sao biển đa dạng và phong phú nhất là vịnh Nha Trang và Vạn Bội – Cát Bà.
Riêng ở vịnh Nha Trang, các nhà khoa học đã phát hiện được khoảng 20 loài sao biển thuộc 16 chi, 11 họ và 4 bộ khác nhau. Phần lớn các loài sao biển tìm thấy ở Việt Nam thuộc các bộ và họ sau: - Bộ Spinulosida: họ Echinasteridae - Bộ Valvatida: họ Oreasteridae, Ophidiasteridae, Archasteridae. - Bộ Paxillosida: họ Astropectinidae - Bộ Forcipulatida: họ Asteridae Một số loài thường được sử dụng làm thực phẩm, ngâm rượu, làm thuốc hoặc làm đồ mỹ nghệ. Theo y học cổ truyền phương Đông, sao biển là một vị thuốc có tác dụng tăng cường miễn dịch, chống ung thư, bổ dương và kháng viêm.
Họ sao biển Oreasteridae Họ Oreasteridae thuộc bộ Valvatida, bao gồm các loài sao biển thường có 5 cánh tay bao quanh phần trung tâm cứng, lồi và có màu sắc sặc sỡ. Chúng được chia thành 20 chi [5]: Acheronaster, Anthaster, Anthenea, Astrosarkus, Bothriaster , Choriaster, Culcita, Goniodiscaster, Gymnanthenea, Halityle, Monachaster, Nectriaster, Nidorellia, Oreaster, Pentaceraster, Pentaster, Poraster, Protoreaster, Pseudanthenea và Pseudoreaster. Trong số đó, chi Anthenea có khoảng 31 loài, phân bố ở tất cả các đại dương, nhất là ở vùng biển Australia, Đông Thái Bình Dương, Bắc Mỹ và vùng biển nhiệt đới Ấn độ - Thái Bình Dương. Thành phần hóa học họ sao biển Oreasteridae Các nghiên cứu hóa học về các loài sao biển trên thế giới đã chỉ ra hai nhóm chất quan trọng nhất có trong sao biển có thể đem lại hoạt tính sinh học đó là các steroid phân cực (polyhydroxysteroid, steroid glycoside, steroid sulfate) và glycosphingolipid (ceramide, cerebroside, ganglioside).
Các công trình về glycosphingolipid chủ yếu được công bố bởi các nhà khoa học Nhật Bản. Lớp chất steroid phân cực từ sao biển thu hút được sự quan tâm đáng kể với hàng trăm công bố, trong số đó nhiều nhất là của nhóm nghiên cứu của GS. Stonik và TSKH. Kicha tại Viện Hóa sinh hữu cơ Thái Bình Dương tại Vladivostok (PIBOC).
Một số lượng lớn chất mới được phân lập và xác định cấu trúc, trong đó nhiều chất có hoạt tính sinh học đáng chú ý, đặc biệt là hoạt tính gây độc tế bào trên nhiều dòng tế bào ung thư ở người. Các hợp chất này có cấu trúc đa dạng, phân biệt bởi số lượng và vị trí các nhóm hydroxyl và sulfate, vị trí và số lượng của nối đôi trên khung steroid, cấu trúc mạch nhánh, cấu trúc và số lượng các phân tử đường đính kèm… Ngoài ra trong sao biển còn có mặt một số lớp chất khác như: dẫn xuất mycosporin, tetrodotoxin, alkaloid, isoquinoline alcaloid, glycolipid, icosanoid, dẫn xuất taurine, dipeptide dimer, anthraquinone, xanthosine, dẫn xuất pyrrole và triterpene. Hiện tại có khoảng 100 loài sao biển trên thế giới đã được nghiên cứu ở các mức độ khác nhau với hơn 650 hợp chất steroid (trong đó 400 chất glycoside) và hơn 100 hợp chất chứa ceramide được phân lập. Riêng họ sao biển Oreasteridae mới chỉ có 9 loài được nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học.
Chi Anthenea luan an 6 trước đây mới chỉ có hai loài được nghiên cứu là Anthenea chinensis và Anthenea aspera. Steroid Các hợp chất steroid là các chất chuyển hóa thứ cấp chủ yếu có trong sao biển, bao gồm các polyhydroxysteroid, steroid glycoside và asterosaponin. Các hợp chất này có thể ở dạng tự do hoặc dưới dạng muối sulfate. Polyhydroxysteroid Mặc dù các hợp chất polyhydroxysteroid có thể tìm thấy ở nhiều loại sinh vật biển khác nhau nhưng trong sao biển, chúng là lớp chất phổ biến nhất với cấu trúc đa dạng và thường xuyên ở dạng hỗn hợp.
Phần lớn các hợp chất này có khung 3β, 6α (hoặc β),8,15α (hoặc β),16β-pentahydroxycholestane, một số có gắn thêm nhóm OH ở vị trí 4β, 5α, 7α (hoặc β) hoặc 14α. Chuỗi mạch nhánh thường có cấu hình (25S)- 26-hydroxy. Đôi khi có chuỗi mạch nhánh với với nhóm OH-24 với cấu hình (S). Có một số ít trường hợp mạch nhánh có nhóm axit ở vị trí 26 dưới dạng amide của taurine.
Polyhydroxysteroid thường xuất hiện dưới dạng muối sulfate, và rất hiếm khi được tìm thấy ở dạng muối phosphorylate [10]. Có thể xếp các hợp chất sterol thành 4 dạng cơ bản: 3 -sterol (A1), 3-O- sulfonyl sterol (A2), 3-OH,6-OH-sterol (A3) và 3-OH,6-OH-sterol (A4). Các dạng cấu trúc sterol chính từ sao biển (S: mạch nhánh) Trong họ sao biển Oreasteridae, dạng cấu trúc 3β,6α(β),15α,16β- hydroxycholestane (dạng A3, A4) được tìm thấy ở sao biển Choriaster granulates (1) [11] và Protoreaster nodosus (hợp chất 2-7) [12-14].