Vào cuối Vào những năm 1980, tại một cơ sở nghiên cứu liên bang ở Pensacola, Florida, Tamar Barkay đã sử dụng bùn theo cách mang tính cách mạng theo cách mà bà chưa bao giờ có thể tưởng tượng được vào thời điểm đó: một phiên bản thô sơ của một kỹ thuật hiện đang làm rung chuyển nhiều lĩnh vực khoa học. Barkay đã thu thập một số mẫu bùn - một mẫu từ hồ chứa nội địa, một mẫu khác từ vịnh nước lợ và mẫu thứ ba từ đầm lầy nước mặn vùng trũng. Cô cho những mẫu trầm tích này vào chai thủy tinh trong phòng thí nghiệm, sau đó thêm thủy ngân vào, tạo ra lượng bùn độc hại.

Vào thời điểm đó, Barkay làm việc cho Cơ quan Bảo vệ Môi trường và cô muốn biết các vi sinh vật trong bùn tương tác như thế nào với thủy ngân, một chất gây ô nhiễm công nghiệp, đòi hỏi sự hiểu biết về tất cả các các sinh vật trong một môi trường nhất định—không chỉ một phần nhỏ có thể được nuôi cấy thành công trong đĩa petri trong phòng thí nghiệm. Nhưng câu hỏi cơ bản đó cơ bản đến mức nó vẫn là một trong những câu hỏi cơ bản thúc đẩy sinh học. Như Barkay, hiện đã nghỉ hưu, đã nói trong một cuộc phỏng vấn gần đây từ Boulder, Colorado: “Ai ở đó?” Và điều quan trọng không kém là cô ấy nói thêm: “Họ đang làm gì ở đó?”

Những câu hỏi như vậy vẫn còn phù hợp cho đến ngày nay, được đặt ra bởi các nhà sinh thái học, quan chức y tế công cộng, nhà sinh học bảo tồn, người thực hành pháp y và những người nghiên cứu về tiến hóa và môi trường cổ xưa - và họ đã đưa các nhà dịch tễ học và nhà sinh vật học đến những nơi xa xôi trên thế giới.

Các 1987 giấy Barkay và các đồng nghiệp của cô đã công bố trên tạp chí Tạp chí phương pháp vi sinh vạch ra một phương pháp-"Trích xuất DNA môi trường trực tiếp"—điều đó sẽ cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện một cuộc điều tra dân số. Đó là một công cụ thiết thực, mặc dù khá lộn xộn, để phát hiện ai đang ở ngoài đó. Barkay đã sử dụng nó trong suốt phần còn lại của sự nghiệp của mình.

Ngày nay, nghiên cứu này được coi là một cái nhìn thoáng qua về eDNA, hay DNA môi trường, một phương pháp tương đối rẻ tiền, phổ biến và có khả năng tự động hóa để quan sát sự đa dạng và phân bố của sự sống. Không giống như các kỹ thuật trước đây có thể xác định DNA từ một sinh vật đơn lẻ, phương pháp này cũng thu thập đám mây xoáy của vật liệu di truyền khác bao quanh nó. Trong những năm gần đây, lĩnh vực này đã phát triển đáng kể. Eske Willerslev, nhà di truyền học tiến hóa tại Đại học Copenhagen cho biết: “Nó có tạp chí riêng. “Nó có xã hội riêng của mình, xã hội khoa học. Nó đã trở thành một lĩnh vực được thành lập.”

eDNA đóng vai trò như một công cụ giám sát, cung cấp cho các nhà nghiên cứu một phương tiện để phát hiện những thứ dường như không thể phát hiện được. Bằng cách lấy mẫu eDNA hoặc hỗn hợp vật liệu di truyền—tức là các đoạn DNA, bản thiết kế sự sống—trong nước, đất, lõi băng, tăm bông hoặc thực tế là bất kỳ môi trường nào có thể tưởng tượng được, thậm chí cả không khí loãng, giờ đây người ta có thể tìm kiếm một sinh vật cụ thể hoặc tập hợp một ảnh chụp nhanh của tất cả các sinh vật ở một nơi nhất định. Thay vì thiết lập camera để xem ai băng qua bãi biển vào ban đêm, eDNA lấy thông tin đó từ dấu chân trên cát. “Tất cả chúng ta đều dễ vỡ, phải không?” Robert Hanner, nhà sinh vật học tại Đại học Guelph ở Canada, cho biết. “Có những mảnh vụn tế bào luôn bong ra.”

Là một phương pháp xác nhận sự hiện diện của thứ gì đó, eDNA không thể sai được. Ví dụ: sinh vật được phát hiện trong eDNA có thể không thực sự sống ở vị trí lấy mẫu; Hanner đưa ra ví dụ về một con chim đi ngang qua, một con diệc, ăn một con kỳ nhông và sau đó thải ra một số DNA của nó, đây có thể là một lý do khiến tín hiệu của loài lưỡng cư hiện diện ở một số khu vực mà chúng chưa bao giờ được tìm thấy trên thực tế.

Tuy nhiên, eDNA có khả năng giúp điều tra các dấu vết di truyền, một số dấu vết trong đó xuất hiện trong môi trường, mang đến một cách ly kỳ và có thể khiến bạn rùng mình để thu thập thông tin về các sinh vật, bao gồm cả con người, khi chúng thực hiện công việc hàng ngày.

...

khái niệm cơ sở cho eDNA—phát âm là EE-DEE-EN-AY, không phải ED-NUH—có từ một trăm năm trước, trước khi cái gọi là sinh học phân tử ra đời, và nó thường được cho là của Edmond Locard, một nhà tội phạm học người Pháp làm việc vào đầu thế kỷ 20. Thế kỷ XNUMX. Trong một loạt giấy tờ xuất bản năm 1929, Locard đề xuất một nguyên tắc: Mọi liên hệ đều để lại dấu vết. Về bản chất, eDNA đưa nguyên lý Locard vào thế kỷ 21.

Trong vài thập kỷ đầu tiên, lĩnh vực đã trở thành eDNA—bao gồm cả công trình của Barkay vào những năm 1980—tập trung chủ yếu vào đời sống vi sinh vật. Nhìn lại quá trình phát triển của nó, eDNA có vẻ chậm chạp trong việc thoát ra khỏi vũng bùn.

Mãi đến năm 2003, phương pháp này mới trở thành một hệ sinh thái biến mất. Được dẫn dắt bởi Willerslev, nghiên cứu năm 2003 đã lấy DNA cổ đại từ ít hơn một muỗng cà phê trầm tích, lần đầu tiên chứng minh tính khả thi của việc phát hiện các sinh vật lớn hơn bằng kỹ thuật này, bao gồm cả thực vật và voi ma mút. Trong cùng một nghiên cứu, trầm tích được thu thập trong một hang động ở New Zealand (đáng chú ý là chưa bị đóng băng) cho thấy một loài chim đã tuyệt chủng: moa. Điều có lẽ đáng chú ý nhất là những ứng dụng nghiên cứu DNA cổ đại này bắt nguồn từ một lượng phân khổng lồ rơi xuống mặt đất hàng trăm nghìn năm trước.

Willerslev lần đầu tiên nảy ra ý tưởng này vài năm trước khi đang dự tính về một đống phân gần đây hơn: Giữa tấm bằng thạc sĩ và tiến sĩ của ông. ở Copenhagen, anh thấy mình đang ở tình trạng lỏng lẻo, phải vật lộn để có được xương, hài cốt hoặc các mẫu vật thể khác để nghiên cứu. Nhưng vào một mùa thu, anh nhớ lại, nhìn ra ngoài cửa sổ “một con chó đang đi ị trên đường”. Cảnh tượng khiến anh nghĩ đến DNA trong phân, và nó bị mưa cuốn trôi như thế nào, không để lại dấu vết nào. Nhưng Willerslev thắc mắc: “'Liệu DNA có thể tồn tại được không?' Đó là những gì tôi đã thiết lập để cố gắng tìm hiểu.”

Theo ông, bài báo đã chứng minh tính bền bỉ đáng chú ý của DNA, loại DNA này có thể tồn tại trong môi trường lâu hơn nhiều so với những ước tính trước đây đề xuất. Kể từ đó, Willerslev đã phân tích eDNA ở vùng lãnh nguyên băng giá ở Greenland ngày nay, có niên đại 2 triệu năm trước và ông đang nghiên cứu các mẫu từ Angkor Wat, quần thể đền thờ khổng lồ ở Campuchia được cho là được xây dựng vào thế kỷ 12. Ông nói: “Đây có thể là cách bảo quản DNA tồi tệ nhất mà bạn có thể tưởng tượng được. “Ý tôi là, trời nóng và ẩm.”

Tuy nhiên, ông nói, "chúng ta có thể lấy DNA ra."

Willerslev hiện không phải là người duy nhất nhìn thấy một công cụ tiềm năng với các ứng dụng dường như vô hạn, đặc biệt là hiện nay khi những tiến bộ cho phép các nhà nghiên cứu sắp xếp và phân tích số lượng lớn thông tin di truyền. “Đó là một cánh cửa mở cho rất nhiều thứ,” anh nói, “và tôi chắc chắn còn nhiều hơn những gì tôi có thể nghĩ ra.” Đó không chỉ là voi ma mút cổ đại? eDNA có thể tiết lộ các sinh vật ngày nay đang ẩn náu giữa chúng ta

Các nhà khoa học sử dụng eDNA để theo dõi các sinh vật thuộc mọi hình dạng và kích cỡ, có thể là một loài đơn lẻ, chẳng hạn như những mảnh tảo xâm lấn nhỏ, lươn ở hồ Loch Ness hay một con chuột chũi sống trong cát không thể nhìn thấy trong gần 90 năm? chẳng hạn, các nhà nghiên cứu lấy mẫu toàn bộ cộng đồng bằng cách xem xét eDNA được tìm thấy trên hoa dại hoặc eDNA bay trong gió như một đại diện cho tất cả các loài chim, ong đến thăm và các loài động vật thụ phấn khác.

...

Tiếp theo Bước nhảy vọt về mặt tiến hóa trong lịch sử của eDNA đã hình thành xung quanh việc tìm kiếm các sinh vật hiện đang sống trong môi trường nước trên trái đất. Năm 2008, một tiêu đề xuất hiện: "Nước lưu giữ bộ nhớ DNA của các loài ẩn giấu." Nó không đến từ tờ báo lá cải của siêu thị mà là ấn phẩm thương mại có uy tín Thế giới hóa học, mô tả công việc của nhà nghiên cứu người Pháp Pierre Taberlet và các đồng nghiệp của ông. Nhóm đã tìm kiếm những con ếch ễnh ương màu nâu và xanh lục, có thể nặng hơn 2 pound và vì chúng tàn phá mọi thứ trên đường đi nên được coi là loài xâm lấn ở Tây Âu. Việc tìm kiếm ếch thường có sự tham gia của các nhà nghiên cứu bò sát lành nghề quét các bờ biển bằng ống nhòm, những người sau đó quay lại sau khi mặt trời lặn để lắng nghe tiếng kêu của chúng. Các giấy 2008 đã đề xuất một cách dễ dàng hơn – một cuộc khảo sát cần ít nhân lực hơn.

Philip Thomsen, nhà sinh vật học tại Đại học Aarhus (người không tham gia nghiên cứu) cho biết: “Bạn có thể lấy DNA từ loài đó trực tiếp từ nước”. "Và điều đó thực sự đã khởi đầu cho lĩnh vực DNA môi trường."

Ếch có thể khó phát hiện, và tất nhiên, chúng không phải là loài duy nhất trốn tránh được khả năng phát hiện truyền thống, khởi động trên mặt đất. Thomsen bắt đầu nghiên cứu một sinh vật khác nổi tiếng là làm sai lệch phép đo: cá. Việc đếm cá đôi khi được cho là gần giống với việc đếm cây—ngoại trừ việc chúng di chuyển tự do ở những nơi tối tăm và người đếm cá đang kiểm đếm trong khi bị bịt mắt. DNA môi trường làm rơi tấm bịt ​​mắt. Một xem xét Trong số tài liệu đã xuất bản về công nghệ này—mặc dù có những cảnh báo, bao gồm cả những phát hiện hoặc chi tiết không hoàn hảo và thiếu chính xác về sự phong phú—đã phát hiện ra rằng các nghiên cứu eDNA về cá nước ngọt, cá biển và động vật lưỡng cư vượt trội so với các nghiên cứu trên cạn với tỷ lệ 7:1.

Năm 2011, Thomsen, lúc đó là Tiến sĩ. ứng cử viên trong phòng thí nghiệm của Willerslev, đã xuất bản một giấy Chứng minh rằng phương pháp này có thể phát hiện hiếm và các loài bị đe dọa, chẳng hạn như những loài có số lượng ít ở châu Âu, bao gồm động vật lưỡng cư, động vật có vú như rái cá, động vật giáp xác và chuồn chuồn. Ông nói: “Chúng tôi đã chứng minh rằng chỉ cần một cốc nước là đủ để phát hiện những sinh vật này”. Undark. Rõ ràng là: Phương pháp này có ứng dụng trực tiếp trong sinh học bảo tồn để phát hiện và giám sát các loài.

Năm 2012, tạp chí Sinh thái học phân tử đã công bố một số đặc biệt về eDNAvà Taberlet cùng một số đồng nghiệp đã đưa ra định nghĩa chính xác về eDNA là bất kỳ DNA nào được phân lập từ các mẫu môi trường. Phương pháp này mô tả hai cách tiếp cận tương tự nhưng hơi khác nhau: Người ta có thể trả lời câu hỏi có hoặc không: Con ếch ễnh ương (hoặc bất cứ thứ gì) có hiện diện hay không? Nó làm được điều đó bằng cách quét mã vạch ẩn dụ, các chuỗi DNA ngắn đặc trưng cho một loài hoặc họ, được gọi là đoạn mồi; máy quét kiểm tra là một kỹ thuật phổ biến được gọi là phản ứng chuỗi polymerase thời gian thực định lượng, hay qPCR.

Một cách tiếp cận khác, thường được gọi là siêu mã hóa DNA, về cơ bản đưa ra danh sách các sinh vật có trong một mẫu nhất định. “Bạn đang đặt câu hỏi, đây là cái gì?” Thomsen nói. “Và sau đó bạn nhận được tất cả những điều đã biết, nhưng bạn cũng nhận được một số điều bất ngờ, phải không? Bởi vì có một số loài mà bạn không biết đã thực sự tồn tại.”

Người ta nhằm mục đích tìm kim đáy biển; những nỗ lực khác để tiết lộ toàn bộ đống cỏ khô. eDNA khác với các kỹ thuật lấy mẫu truyền thống hơn, trong đó các sinh vật, như cá, bị đánh bắt, thao túng, căng thẳng và đôi khi bị giết. Dữ liệu thu được là khách quan; nó được tiêu chuẩn hóa và không thiên vị.

Mehrdad Hajibabaei, nhà sinh học phân tử tại Đại học Guelph, người đi tiên phong trong phương pháp siêu mã hóa, cho biết: “eDNA, bằng cách này hay cách khác, sẽ vẫn là một trong những phương pháp quan trọng trong khoa học sinh học”. truy tìm câu cá khoảng 9,800 feet dưới biển Labrador. “Ngày nào tôi cũng thấy có điều gì đó nổi lên mà tôi không hề nghĩ đến.”

...

Trong những năm gần đây, lĩnh vực eDNA đã mở rộng. Độ nhạy của phương pháp này cho phép các nhà nghiên cứu lấy mẫu các môi trường ngoài tầm với trước đây, chẳng hạn như thu thập eDNA từ trên không – một cách tiếp cận nêu bật những hứa hẹn của eDNA và những cạm bẫy tiềm ẩn của nó. eDNA trong không khí dường như lưu hành trên vành đai bụi toàn cầu, cho thấy sự phong phú và hiện diện khắp nơi của nó, đồng thời nó có thể được lọc và phân tích để theo dõi thực vật và động vật trên cạn. Nhưng eDNA bay theo gió có thể vô tình gây ô nhiễm.

Ví dụ: vào năm 2019, Thomsen để lại hai chai nước siêu tinh khiết ở ngoài trời—một ở trên đồng cỏ, và một ở gần bến cảng biển. Sau vài giờ, nước chứa eDNA có thể phát hiện được liên quan đến chim và cá trích, cho thấy dấu vết của các loài không phải trên cạn đã lắng đọng trong các mẫu; các sinh vật rõ ràng không sống trong chai. “Vì vậy, nó phải đến từ trên không,” Thomsen nói với Undark. Các kết quả cho thấy một vấn đề gồm hai mặt: Thứ nhất, dấu vết bằng chứng có thể di chuyển xung quanh, trong đó hai sinh vật tiếp xúc với nhau có thể di chuyển xung quanh DNA của sinh vật kia và chỉ vì một số DNA hiện diện không có nghĩa là loài đó thực sự ở đó. .

Hơn nữa, cũng không có gì đảm bảo rằng sự hiện diện của eDNA cho thấy một loài còn sống và vẫn cần phải khảo sát thực địa để hiểu được khả năng sinh sản thành công, sức khỏe hoặc tình trạng môi trường sống của loài đó. Cho đến nay, eDNA không nhất thiết phải thay thế các quan sát hoặc bộ sưu tập vật lý. Trong một nghiên cứu khác, trong đó nhóm của Thomsen thu thập Edna trên hoa để tìm kiếm các loài chim thụ phấn, hơn một nửa số eDNA được báo cáo trong bài báo đến từ con người, sự ô nhiễm có thể làm sai lệch kết quả và khiến việc phát hiện các loài thụ phấn được đề cập trở nên khó khăn hơn.

Tương tự, vào tháng 2023 năm XNUMX, một nhóm của Đại học Florida trước đây đã nghiên cứu rùa biển bằng dấu vết eDNA để lại khi chúng bò dọc bãi biển. công bố một bài báo đã tìm ra DNA của con người. Các mẫu đủ nguyên vẹn để phát hiện các đột biến quan trọng mà một ngày nào đó có thể được sử dụng để nhận dạng từng cá nhân, cho thấy rằng giám sát sinh học cũng đặt ra những câu hỏi chưa được giải đáp về thử nghiệm đạo đức đối với con người và sự đồng ý có hiểu biết. Nếu eDNA đóng vai trò như một lưới vây, thì nó sẽ quét bừa bãi thông tin về đa dạng sinh học và cuối cùng chắc chắn dẫn đến kết cục, như bài báo của nhóm UF đã nói, là “sự đánh bắt ngẫu nhiên do di truyền của con người”.

Mặc dù cho đến nay, các vấn đề về quyền riêng tư xung quanh dấu chân trên cát dường như chủ yếu tồn tại trong phạm vi giả thuyết, nhưng việc sử dụng eDNA trong các vụ kiện tụng pháp lý liên quan đến động vật hoang dã không chỉ khả thi mà còn trở thành hiện thực. Nó cũng đang được sử dụng trong điều tra tội phạm: Ví dụ, vào năm 2021, một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc báo cáo rằng eDNA thu thập được từ quần của một nghi phạm sát nhân, trái ngược với tuyên bố của anh ta, đã tiết lộ rằng anh ta có thể đã đến con kênh đầy bùn nơi tìm thấy một xác chết.

Những lo ngại về eDNA ngoài mục tiêu, về độ chính xác và khả năng tiếp cận của nó đối với y học và pháp y của con người, làm nổi bật một thiếu sót khác, rộng hơn nhiều. Như Hanner tại Đại học Guelph đã mô tả vấn đề: “Các khuôn khổ quy định và chính sách của chúng tôi có xu hướng tụt hậu so với khoa học ít nhất một thập kỷ trở lên”.

Ngày nay có vô số ứng dụng quy định tiềm năng để giám sát chất lượng nước, đánh giá tác động môi trường (bao gồm các trang trại gió ngoài khơi và hoạt động khoan dầu khí cho đến phát triển trung tâm thương mại quy mô lớn hơn), quản lý loài và thực thi Đạo luật về các loài có nguy cơ tuyệt chủng. trong một vụ án dân sự được đệ trình vào năm 2021, Cơ quan Bảo vệ Cá và Động vật hoang dã Hoa Kỳ đã đánh giá liệu một loài cá có nguy cơ tuyệt chủng có tồn tại ở một lưu vực sông cụ thể hay không bằng cách sử dụng eDNA và phương pháp lấy mẫu truyền thống hơn, và nhận thấy rằng chúng không tồn tại. Tòa án cho biết việc cơ quan này thiếu biện pháp bảo vệ đối với lưu vực sông đó là chính đáng. Vấn đề dường như không phải là liệu eDNA có đứng trước tòa hay không; nó đã làm. Hajibabaei nói: “Nhưng bạn thực sự không thể nói rằng thứ gì đó không tồn tại trong một môi trường.

Anh mới đây nhấn mạnh vấn đề xác thực: eDNA suy ra một kết quả, nhưng cần có nhiều tiêu chí được thiết lập hơn để xác nhận rằng những kết quả này thực sự đúng (rằng một sinh vật thực sự có mặt hay vắng mặt, hoặc với một số lượng nhất định). MỘT loạt cuộc họp đặc biệt vì các nhà khoa học đã làm việc để giải quyết những vấn đề tiêu chuẩn hóa này, theo ông, bao gồm các giao thức, chuỗi hành trình sản phẩm và tiêu chí để tạo và phân tích dữ liệu. trong một xem xét Trong số các nghiên cứu về eDNA, Hajibabaei và các đồng nghiệp của ông phát hiện ra rằng lĩnh vực này đã bão hòa với các nghiên cứu một lần hoặc bằng chứng về khái niệm đang cố gắng chứng minh rằng các phân tích eDNA có hiệu quả. Hoạt động nghiên cứu vẫn hoàn toàn im lặng trong giới học thuật.

Do đó, những người thực hành hy vọng sử dụng eDNA trong bối cảnh ứng dụng đôi khi yêu cầu mặt trăng. Loài này có tồn tại ở vị trí nhất định không? Ví dụ, Hajibabaei cho biết, gần đây có người hỏi ông rằng liệu ông có thể bác bỏ hoàn toàn sự hiện diện của một loại ký sinh trùng hay không, chứng minh rằng nó không xuất hiện trong một trang trại nuôi trồng thủy sản. “Và tôi nói, 'Nhìn này, không đời nào tôi có thể nói đó là 100 phần trăm.'"

Ông cho biết, ngay cả với một khuôn khổ phân tích nghiêm ngặt, các vấn đề về âm tính giả và dương tính giả đặc biệt khó giải quyết nếu không thực hiện một trong những điều mà eDNA tránh được—việc thu thập và kiểm tra thủ công theo cách truyền thống hơn. Bất chấp những hạn chế, một số công ty đã bắt đầu thương mại hóa kỹ thuật này. Ví dụ: các ứng dụng trong tương lai có thể giúp một công ty xác nhận liệu cây cầu mà họ đang xây dựng có gây hại cho các loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng ở địa phương hay không? một cơ sở nuôi trồng thủy sản xác định xem vùng nước nơi họ nuôi cá có bị nhiễm rận biển hay không? hoặc một chủ đất tò mò liệu việc trồng mới có thu hút nhiều loài ong bản địa hơn hay không.

Vấn đề khá cơ bản do eDNA nổi tiếng là một cách gián tiếp để phát hiện những thứ không thể phát hiện được hoặc như một giải pháp thay thế trong bối cảnh khi đơn giản là không thể nhúng lưới và bắt tất cả các sinh vật dưới biển.

Hajibabaei nói: “Rất khó để xác thực một số kịch bản này. “Và về cơ bản đó là bản chất của con thú.”

...

Edna mở ra rất nhiều khả năng, trả lời câu hỏi ban đầu do Barkay đặt ra (và chắc chắn là nhiều người khác): “Ai ở đó?” Nhưng ngày càng có nhiều gợi ý giúp bạn hiểu được "Họ đang làm gì ở đó?" câu hỏi cũng vậy. Elizabeth Clare, giáo sư sinh học tại Đại học York ở Toronto, nghiên cứu về đa dạng sinh học. Cô cho biết cô đã quan sát thấy dơi đậu ở một chỗ vào ban ngày, nhưng bằng cách thu thập eDNA trong không khí, cô cũng có thể suy ra nơi dơi giao phối vào ban đêm. Ở một nơi khác nghiên cứu, eDNA của chó được thuần hóa xuất hiện trong phân cáo đỏ. Hai loài chó này dường như không giao phối với nhau, nhưng các nhà nghiên cứu đã tự hỏi liệu sự gần gũi của chúng có dẫn đến sự nhầm lẫn hoặc lây nhiễm chéo hay không trước khi đưa ra một lời giải thích khác: Cáo dường như đã ăn phân chó.

Vì vậy, mặc dù eDNA vốn không tiết lộ hành vi của động vật, nhưng theo một số nghiên cứu, lĩnh vực này đang có những bước tiến trong việc cung cấp manh mối về những gì một sinh vật có thể làm và cách nó tương tác với các loài khác trong một môi trường nhất định—thu thập thông tin về sức khỏe mà không cần quan sát trực tiếp. hành vi.

Hãy lấy một khả năng khác: giám sát sinh học quy mô lớn. Thật vậy, trong ba năm qua, nhiều người hơn bao giờ hết đã tham gia vào một thí nghiệm táo bạo đang được triển khai: thu thập các mẫu môi trường từ cống rãnh công cộng để theo dõi các hạt virus Covid-19 và các sinh vật khác lây nhiễm cho con người. Về mặt kỹ thuật, việc lấy mẫu nước thải bao gồm một phương pháp liên quan gọi là eRNA, vì một số vi-rút chỉ có thông tin di truyền được lưu trữ dưới dạng RNA chứ không phải DNA. Tuy nhiên, các nguyên tắc tương tự vẫn được áp dụng. (Các nghiên cứu cũng đề xuất RNA, xác định loại protein mà sinh vật đang biểu hiện, có thể được sử dụng để đánh giá sức khỏe hệ sinh thái; các sinh vật khỏe mạnh có thể biểu hiện các protein hoàn toàn khác so với những protein bị căng thẳng.) Ngoài việc theo dõi mức độ phổ biến của bệnh tật, nước thải giám sát cho thấy làm thế nào một cơ sở hạ tầng hiện có được thiết kế để thực hiện một việc—cống thoát nước được thiết kế để thu gom chất thải—có thể được biến thành một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu một việc khác, như phát hiện mầm bệnh.

Clare có thói quen làm điều đó. Cô nói: “Cá nhân tôi là một trong những người có xu hướng sử dụng các công cụ—không phải theo cách chúng dự định”. Clare là một trong những nhà nghiên cứu nhận thấy lỗ hổng trong nghiên cứu: Có rất ít công việc về eDNA được thực hiện trên các sinh vật trên cạn. Vì vậy, cô bắt đầu làm việc với thứ có thể gọi là bộ lọc tự nhiên, đó là những con giun hút máu động vật có vú. “Việc thu thập 1,000 con đỉa dễ dàng hơn nhiều so với việc tìm kiếm các loài động vật. Nhưng chúng có bữa ăn máu bên trong và máu mang DNA của động vật mà chúng tương tác”, cô nói. “Nó giống như có một nhóm trợ lý hiện trường đang khảo sát cho bạn.” Sau đó, một học sinh của cô cũng nghĩ như vậy đối với bọ phân, loài bọ thậm chí còn dễ thu thập hơn.

Clare hiện đang dẫn đầu một ứng dụng mới cho một hệ thống giám sát liên tục khác—tận dụng các máy giám sát chất lượng không khí hiện có để đo các chất ô nhiễm, chẳng hạn như vật chất hạt mịn, đồng thời hút eDNA ra khỏi bầu trời. Vào cuối năm 2023, cô chỉ có một bộ mẫu nhỏ nhưng đã phát hiện ra rằng, như một sản phẩm phụ của quá trình giám sát chất lượng không khí định kỳ, những công cụ hiện có này đã đóng vai trò như bộ lọc cho vật liệu mà cô đang theo đuổi. Đó ít nhiều là một mạng lưới xuyên lục địa được quản lý để thu thập các mẫu theo cách rất nhất quán trong thời gian dài. Cô nói: “Sau đó, bạn có thể sử dụng nó để xây dựng chuỗi thời gian và dữ liệu có độ phân giải cao trên toàn bộ các lục địa”.

Clare cho biết chỉ riêng ở Anh có khoảng 150 địa điểm khác nhau hút một lượng không khí đã biết, mỗi tuần, suốt cả năm, tương đương khoảng 8,000 phép đo mỗi năm. Clare và các đồng tác giả của cô gần đây đã phân tích một tập hợp con nhỏ trong số này—17 phép đo từ hai địa điểm—và có thể xác định được hơn 180 nhóm phân loại khác nhau, hơn 80 loại thực vật và nấm khác nhau, 26 loài động vật có vú khác nhau, 34 loài loài chim khác nhau, cộng với ít nhất 35 loại côn trùng.

Chắc chắn vẫn còn tồn tại những địa điểm nghiên cứu sinh thái dài hạn khác. Mỹ có một mạng lưới các cơ sở như vậy. Nhưng phạm vi nghiên cứu của họ không bao gồm cơ sở hạ tầng phân bố toàn cầu để đo lường đa dạng sinh học một cách liên tục, bao gồm cả sự di chuyển của các loài chim di cư đến sự mở rộng và thu hẹp của các loài do biến đổi khí hậu. Có thể cho rằng, eDNA có thể sẽ bổ sung, thay vì thay thế, mạng lưới phân tán của những người ghi lại các quan sát theo thời gian thực, độ phân giải cao, không gian theo nhịp độ trên các trang web như eBird hoặc iNaturalist. Giống như hình ảnh mờ ảo của một thiên hà hoàn toàn mới xuất hiện, độ phân giải hiện tại vẫn ở mức thấp.

Clare cho biết: “Đó là một hệ thống thu thập tổng quát, điều gần như chưa từng được biết đến trong khoa học đa dạng sinh học”. Cô ấy đang đề cập đến khả năng lấy tín hiệu eDNA từ không khí, nhưng ý kiến ​​đã nói lên toàn bộ phương pháp này: “Nó không hoàn hảo,” cô ấy nói, “nhưng không có gì khác thực sự làm được điều đó.”

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Undark. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: Undark + DALL-E

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2024/04/02/environmental-dna-is-everywhere-scientists-are-gathering-it-all/