‘ADN Môi trường’ Cho phép các nhà khoa học khám phá Đời sống Dưới nước

Việc theo dõi đời sống biển không dễ dàng. Các nhà khoa học đại dương kéo lưới qua nước để tìm cá hoặc plankton mà họ đang tìm kiếm, đánh dấu cá voi bằng các thiết bị giống như máy giáo, hoặc lặn với một bảng trắng không thể xóa và bộ đếm tay để đếm cá rạn. Đó là cách bạn đếm sinh vật dưới nước. Nhưng một công nghệ mới nổi gọi là ADN môi trường, hoặc eDNA, đang giảm bớt quy trình tốn thời gian và đắt đỏ này cho các nhà khoa học bằng cách cho phép họ lấy mẫu nước và kiểm tra ADN.

Mỗi giọt nước biển chứa hàng nghìn vi sinh vật nhỏ, cũng như những đám tế bào da, nhầy, và chất thải được rơi bởi cá và động vật có vú khi đi qua. Sử dụng một phòng thí nghiệm robot được lắp đặt trên một chiếc drone dưới nước có bộ lọc và chuỗi ADN mà nó tìm thấy, các nhà khoa học và kỹ sư giờ đây có thể xác định đời sống biển mà không cần quay lại bờ. “Bạn không cần một con tàu lớn để thu thập mẫu của bạn”, Chris Scholin, giám đốc điều hành của Viện Nghiên cứu Viện Hải dương vùng Monterey Bay, nơi đang phát triển công nghệ mới này cùng với một số nhóm nghiên cứu khác trên toàn nước Mỹ, nói. “Điều này đã trở nên di động và nhỏ đủ để hoạt động theo thời gian thực trên một phương tiện ngầm tự động.”

Lấy mẫu từ xa có nghĩa là các nhà khoa học có thể không cần ra khơi trong thời tiết bão để thu thập dữ liệu và có thể cho họ lấy mẫu trong một khoảng thời gian dài thay vì thu thập thông tin trong một chuyến đi kéo dài ba hoặc bốn tuần. Điều này cũng không đòi hỏi họ phải thu hoạch cá. Các phương tiện robot gần đây đã theo dõi ADN của cá mập trắng lớn tập trung giữa Đại Tây Dương, theo dõi cá nhiệt đới dọc theo bờ biển Jersey khi chúng hướng về phía bắc để tránh biến đổi khí hậu, và tìm thấy gen cá nuôi trong khi sàng lọc mẫu từ New York Harbor.

Công nghệ mới này được thúc đẩy bởi sự kết hợp của một thiết bị có kích thước như một ổ đĩa nhỏ gọi là máy đọc chuỗi Oxford Nanopore Minion với một phát minh gần đây khác, đó là các phương tiện tự động trên biển (AUVs) không còn chấp nhận lệnh từ tàu hoặc bờ biển. Những thiết bị này có thể theo dõi các tín hiệu môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ, độ mặn hoặc tính chất quang của plankton, giống như một chú chó săn đuổi theo dấu của một tù nhân vừa trốn thoát. (Nhà nghiên cứu sử dụng sonar để tìm plankton, cách một ngư dân sử dụng máy tìm cá.)

Đồng nghiệp của Scholin tại viện nghiên cứu cũng đã phát triển một thiết bị mới có thể được lắp đặt trong một hồ hoặc dòng nước ngọt để thu thập và phân tích mẫu nước hàng giờ nhằm cung cấp cho các nhà khoa học một “bản đồ ADN” của các quần thể cá ven biển. Họ đang thử nghiệm mẫu thu eDNA trong các dòng nước của Quận Santa Cruz, California, để phát hiện cá hồi coho và cá hồi steelhead đẻ trứng, cũng như sự lan rộng của loài cá striped bass xâm lược và ốc sên bùn New Zealand. Cuộc thử nghiệm này sẽ kết thúc vào tháng tới và dữ liệu của các nhà khoa học sẽ được so sánh với đếm tay của các nhà sinh thái học thủy sản.

Công nghệ thu mẫu tự động tương tự đang được sử dụng bởi một số nhóm nghiên cứu để tìm hiểu về những gì đang sống trên rạn san hô nhiệt đới, nơi các nhà khoa học đã đặt các cấu trúc đa tầng để thu hút các hữu cơ nhỏ gọi là “động vật phức tạp” mà làm thành một phần lớn của đa dạng sinh quyển rạn san hô - nhưng thường không được đếm trong cuộc điều tra về đời sống biển, theo Allen Collins, giám đốc của Phòng thí nghiệm Hệ thống Quốc gia của NOAA và một giáo sư phụ trách tại Viện Bảo tàng Lịch sử tự nhiên Quốc gia Mỹ. Hiểu biết về những loài động vật nhỏ này đặt nền tảng cho việc xác định hệ thống tổng thể đang diễn ra tốt đến đâu. Một sự sụp đổ giữa một loài động vật quan trọng nhưng thường được coi thường - ví dụ, một loại tôm chẳng hạn - có thể là điều báo hiệu của vấn đề giữa các loài động vật ở tầng thức ăn cao hơn.

Một đội ngũ nhà sinh thái học biển Úc gần đây đã sử dụng máy thu mẫu eDNA từ xa tại rạn san hô ở Đại Tây Dương Ấn Độ như một phần của nghiên cứu đa dạng dân số. Mục tiêu của họ là xác định phạm vi mới cho các loài đang phải đối mặt với áp lực từ biến đổi khí hậu do nhiệt độ tăng và độ axit của nước biển tăng lên. Sử dụng máy thu mẫu, họ đã phát hiện 376 loại cá và động vật không xương sống trên khu vực nghiên cứu, và mỗi rạn san hô có một hỗn hợp khác nhau của đời sống biển.

Các chuyên gia cho biết các kỹ thuật lấy mẫu eDNA đang được cải thiện nhanh chóng, nhưng vẫn còn một số nhược điểm. ADN bị phân hủy trong nước chỉ sau vài ngày, vì vậy các mẫu được thu thập bởi AUVs chỉ cung cấp một bức tranh di truyền của bất cứ thứ gì vừa mới đi qua. Dọc theo các khu vực ven biển hoặc gần thành phố, các nhà khoa học cũng đang phát hiện sự ô nhiễm từ con người. “Vấn đề lớn nhất là chúng ta gặp phải ADN của con người ở mọi nơi,” Mark Stoeckle, một nghiên cứu viên cấp cao tại Đại học Rockefeller sử dụng kỹ thuật eDNA để đánh giá sức khỏe và đa dạng của đời sống dưới nước trong cảng New York và dọc theo bờ biển New Jersey, nói. “Và ở cảng New York, chúng ta còn thu được ADN của những loại cá mà con người ưa thích ăn: cá Nile tilapia, branzino, barramundi.”

Họ cũng phát hiện một lượng lớn ADN của cá vàng khỏe mạnh. “Có thể có một quần thể cá vàng lớn,” Stoeckle thêm, “nhưng cũng có thể là do người ta thả cá vàng.”

Stoeckle đã hợp tác với các nhà sinh thái học bang New Jersey để thực hiện đếm dựa trên DNA của các loài cá thương mại bằng cách thả những lọ 1 lít vào đại dương ở các độ sâu khác nhau và lấy mẫu nước bên trong. Đó là một phần của cuộc điều tra về các loài thương mại đã diễn ra từ những năm 1960, thông tin giúp quản lý tài nguyên xác định giới hạn đánh bắt cho ngư dân địa phương. Nhưng ngoài các loài mục tiêu, họ đang phát hiện rằng một số loài cá đang di chuyển về phía bắc khỏi phạm vi thông thường của họ dọc theo bờ biển Florida và Carolinas; họ là những người tị nạn môi trường đang cố gắng thoát khỏi nhiệt độ tăng. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy ADN từ cá kingfish vịnh, thường trú trong Vịnh Chesapeake và trước đây chưa bao giờ được xác định tại New Jersey, cũng như cá ngừ vằn Brazil, có nguồn gốc từ Vịnh Mexico và chưa bao giờ được biết đến ở vùng đông bắc nước Mỹ.

Stoeckle nói rằng khi một số vấn đề được giải quyết, việc lấy mẫu eDNA có thể sớm chứng minh là một cách nhanh chóng và tiết kiệm chi phí để đánh giá sức khỏe của hệ sinh thái biển khi con người ngày càng phụ thuộc vào đại dương để cung cấp thêm thức ăn và năng lượng. “Cần phải theo dõi đại dương một cách cẩn thận hơn, bởi vì chúng ta đang thực hiện nhiều hơn trong đại dương, chẳng hạn như xây dựng trang trại gió và đường ống và khai thác khí tự nhiên và dầu,” ông nói. “Đây là những điều có thể mang lại lợi ích về kinh tế, nhưng chúng ta muốn biết chúng ta đang làm gì với môi trường.”

Những điều tuyệt vời khác từ Mytour

• Signal cuối cùng đưa tin nhắn an toàn đến đại đa số người dùng
• Công chúa, những người ảnh hưởng đến cây cỏ, và vụ lừa đảo với hồng congo
• Mark Warner chống lại Big Tech và gián điệp Nga
• Làm thế nào một kỹ sư vũ trụ tạo ra điện thoại di động xoay của chính mình
• Gặp những người mỏ lưu hành mạng sống của họ bên trong một núi lửa
• 👁 Lịch sử bí mật của công nghệ nhận diện khuôn mặt. Ngoài ra, tin tức mới nhất về trí tuệ nhân tạo
• 🎧 Âm thanh không ổn đúng không? Kiểm tra tai nghe không dây, thanh âm, và loa Bluetooth yêu thích của chúng tôi