Theo một nghiên cứu mới, DNA môi trường - đôi khi được gọi là "pháp y cho động vật hoang dã" - có thể được thu thập từ khí quyển bằng cách sử dụng các thiết bị giám sát ô nhiễm không khí hiện có. 

Thực vật, động vật và các sinh vật khác thải DNA vào đất, nước và không khí để có thể thu thập và phân tích.

Trong 20 năm qua, các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách sử dụng dữ liệu này để theo dõi đa dạng sinh học trên khắp thế giới.

Nhưng hiện tại không có mạng lưới cơ sở hạ tầng toàn cầu để giám sát đa dạng sinh học theo cách này. 

Nghiên cứu mới, được công bố trên Hiện tại Sinh học, nhận thấy rằng các hệ thống theo dõi chất lượng không khí, hàng nghìn hệ thống đã được triển khai tại hơn 100 quốc gia, có khả năng đã thu thập và lưu trữ DNA môi trường hoặc eDNA. 

Nghiên cứu cho biết cần phải phân tích sâu hơn về khả năng này trên quy mô toàn cầu và bảo quản dữ liệu hiện có tốt hơn. 

Một chuyên gia, người không tham gia vào nghiên cứu, nói với Carbon Brief rằng những phát hiện này là “cực kỳ quan trọng và kịp thời”.

Nhưng một chuyên gia khác cảnh báo rằng nghiên cứu này có thể tạo ra sự “kỳ vọng quá mức” vào khả năng phân tích eDNA. 

đa dạng sinh học CSI

Đa dạng sinh học hiện đang suy giảm ở mức tốc độ nhanh nhất trong lịch sử loài người.

Trên toàn cầu, quần thể động vật hoang dã giảm trung bình 69% từ năm 1970 đến năm 2016, theo báo cáo năm 2022 của WWF báo cáo. Biến đổi khí hậu là một trong những trình điều khiển chính của sự suy giảm đa dạng sinh học. 

Vào tháng 2022 năm 200, gần XNUMX quốc gia đã đăng ký tại Montreal để tham gia tập hợp các mục tiêu và chỉ tiêu để “ngăn chặn và đảo ngược” sự mất mát đa dạng sinh học vào năm 2030. Tuy nhiên, để đạt được những mục tiêu này đòi hỏi phải triển khai các hệ thống giám sát để hiểu các quần thể đang thay đổi như thế nào. 

Một công cụ mà các nhà khoa học có thể sử dụng là sử dụng DNA môi trường. 

DNA môi trường có thể được coi là "pháp y cho động vật hoang dã", nói Tiến sĩ David Duffy, một trợ lý giáo sư về bộ gen bệnh động vật hoang dã tại University of Florida. Anh ấy nói với Carbon Brief: 

“Về cơ bản, mọi loài đều liên tục thải ra một lượng nhỏ DNA vào môi trường.

“[eDNA] là quá trình phục hồi và phân tích DNA đã được chuyển từ các sinh vật vào môi trường. Người ta đã chứng minh rằng chúng ta có thể phục hồi nó từ những thứ như mẫu không khí, mẫu đất [và] mẫu nước.”

DNA này được thải ra dưới nhiều dạng, bao gồm tế bào da, tóc, phân và vảy. Nó là một công cụ hữu ích để đo lường những thay đổi trong phạm vi loài, trong số những quan sát khác, Duffy nói.

Kỹ thuật này lần đầu tiên được sử dụng để phân tích đa dạng sinh học trong quá khứ và hiện tại được tìm thấy trong đất và nước. Nó đã phát triển trong những thập kỷ gần đây và trong vài năm qua, các nhà khoa học phát hiện eDNA đó cũng có thể là tập hợp Từ trên không. 

Một số nhà nghiên cứu đi tiên phong trong việc thu thập eDNA từ không khí, bao gồm Giáo sư Elizabeth Clare từ Đại học York, sau đó xem xét các cách khác nhau để thu thập dữ liệu này. 

Nghiên cứu mới đánh giá liệu eDNA trong không khí có thể được thu thập như một sản phẩm phụ của các hoạt động giám sát chất lượng không khí thông thường đã tồn tại ở nhiều quốc gia hay không – và liệu vật liệu di truyền trên các mẫu đó có thể được lấy ra vài ngày hoặc vài tuần sau đó hay không. 

Một số màn hình này sử dụng các phương pháp lọc tương tự để đánh giá mức độ ô nhiễm không khí khi các nhà nghiên cứu sử dụng để thu thập eDNA. 

Các nhà nghiên cứu đã xem xét 17 mẫu bộ lọc từ hai trạm giám sát chất lượng không khí ở Anh: một ở ngoại ô London và một ở ngoại ô Edinburgh. Các trạm này sử dụng các bộ lọc để thu thập các hạt vật chất. Sau đó, các bộ lọc được phân tích để xác định mức độ ô nhiễm trong không khí – một kỹ thuật phổ biến để kiểm tra chất lượng không khí. 

Các mẫu dao động trong quy mô thời gian. Dữ liệu của London được thu thập từ các bộ lọc trong vòng một giờ, một ngày và một tuần. Các mẫu ở Edinburgh được thu thập trong một khoảng thời gian dài hơn và sau đó được lưu trữ trong tám tháng trước khi phân tích. 

Khi các nhà nghiên cứu xem xét các mẫu, họ đã tìm thấy bằng chứng về 180 loài thực vật, nấm, côn trùng, động vật có vú, chim, cá, lưỡng cư và các sinh vật khác trải khắp hai địa điểm. Những phát hiện phù hợp với dữ liệu trước đây về các loại sinh vật được tìm thấy ở những khu vực này. 

'Ý nghĩa sinh thái' 

Các tác giả viết kết quả nghiên cứu là “làm thay đổi cuộc chơi đối với cách tiếp cận của chúng ta đối với việc giám sát đa dạng sinh học trên đất liền”.

Sản phẩm Dự án chỉ số chất lượng không khí thế giới duy trì một cơ sở dữ liệu của 15,000 trạm giám sát chất lượng không khí tại 2,000 thành phố lớn trên 132 quốc gia. Tuy nhiên, nghiên cứu lưu ý, cơ sở dữ liệu không chứa thông tin cần thiết để xác định trạm nào trong số các trạm này tương thích với các phương pháp được sử dụng để thu thập eDNA. 

Bản đồ này hiển thị vị trí của các trạm giám sát chất lượng không khí cụ thể lấy mẫu hạt vật chất ở Châu Âu, Canada và Hoa Kỳ. 

Clare nói rằng các thiết bị giám sát ô nhiễm không khí có khả năng thu thập dữ liệu về “tất cả các dạng sống khác nhau, tất cả cùng một lúc”. Cô ấy nói với Carbon Brief: 

“Trong trường hợp của chúng tôi, mọi thứ từ nấm và thực vật, côn trùng, chim và động vật có vú, và thậm chí cả một con sa giông, đều xuất hiện dưới dạng DNA trên các bộ lọc này.

“Đa dạng sinh học thường được nghiên cứu rất cụ thể cho các nhóm phân loại khác nhau và ở quy mô tương đối nhỏ. Vấn đề là những gì chúng ta cần cho mọi thứ, từ lập mô hình mất đa dạng sinh học, đến phản ứng của chúng ta đối với các thỏa thuận quốc tế về bảo tồn đa dạng sinh học, là các phép đo quy mô rất, rất lớn. 

“Chúng tôi không có bất kỳ cơ sở hạ tầng quy mô lớn nào trên thế giới thực sự được thiết kế để đo lường đa dạng sinh học.” 

Các tác giả nghiên cứu cho rằng các máy giám sát ô nhiễm không khí đã thu thập dữ liệu về đa dạng sinh học, với “ý nghĩa sinh thái” của các mẫu sẽ “không được chú ý”. 

'Bán quá nhiều' 

Tiến sĩ Matthias Obst, một giáo sư tại Đại học Gothenburg và một thành viên của Phòng thí nghiệm eDNA của Thụy Điển, tin rằng có nhiều hứa hẹn trong những phát hiện này, nhưng nói rằng nghiên cứu đang đưa ra “một tuyên bố khá quan trọng” dựa trên các cỡ mẫu nhỏ. Anh ấy nói với Carbon Brief: 

“Tôi thích nghiên cứu, nó rất tuyệt. Tôi không chắc là tôi thích cách nó được trình bày. Tôi nghĩ rằng nó bán quá nhiều.

“Kết luận rằng điều này sẽ dẫn đến một chương trình giám sát đa dạng sinh học toàn cầu – như những gì họ tuyên bố – tôi không đồng tình với điều đó. Nó quá đỉnh rồi.”

Ông nói rằng nghiên cứu này có thể tạo ra “sự cường điệu và kỳ vọng quá mức” đối với tiềm năng của phương pháp, điều này có thể khó thực hiện. 

Clare nói rằng cô ấy và các nhà nghiên cứu khác “hy vọng bán được sự nhiệt tình rằng đây là một nguồn tài nguyên hoàn toàn mới – chúng tôi không biết có gì trong những thứ này”. 

Cô ấy nói với Carbon Brief rằng nhóm đã thảo luận về việc có nên công bố nghiên cứu ngay bây giờ với dữ liệu hạn chế hay chờ để phân tích các mẫu tiếp theo. Nhưng họ cảm thấy cần phải “nhanh chóng cảnh báo mọi người” về sự hiện diện của dữ liệu có thể này, cô ấy nói thêm: 

“Ở hầu hết các quốc gia, họ vứt bỏ những [bộ lọc] này theo đúng nghĩa đen mỗi ngày, ngay sau khi họ thực hiện phép đo.

“Một trong những lý do của chúng tôi để làm điều này bây giờ là cung cấp cho mọi người một lý do thuyết phục để ngừng làm điều đó. Không ai ngoài chúng tôi vào thời điểm này hiểu được giá trị sinh thái tiềm năng. Một số quốc gia lưu trữ những thứ này, nhưng hầu hết thì không, theo như chúng tôi biết.

“Những gì chúng tôi đang cố gắng thực hiện, đưa nghiên cứu này ra như một nghiên cứu thí điểm nhỏ là để nói rằng…cho đến khi chúng tôi hiểu được giá trị sinh thái đầy đủ của [các bộ lọc], hãy ngừng vứt bỏ chúng đi, bởi vì bạn có thể đang vứt bỏ thứ gì đó có giá trị bạn chưa thấy.

Clare cho biết thêm rằng có những bước có thể dễ dàng thực hiện để bảo quản eDNA tốt hơn trên các mẫu này, chẳng hạn như bảo quản chúng khô thay vì ướt hoặc bảo quản chúng trong tủ đông thay vì ở nhiệt độ phòng. 

Địa điểm, địa điểm

Tiến sĩ Melanie Kolb, một nhà nghiên cứu tại Đại học tự trị quốc gia Mexico, cho biết nghiên cứu bổ sung thêm bằng chứng về “tính linh hoạt tuyệt vời” của eDNA. Cô ấy nói với Carbon Brief: 

“Theo nghĩa này, đề xuất của bài báo mang lại hiệu quả cực kỳ cao, vì không cần thêm tài nguyên nào để lấy mẫu và giám sát để có được một loại thông tin hoàn toàn mới và khác biệt.” 

Nhưng Kolb và các chuyên gia khác đã nói chuyện với Carbon Brief về nghiên cứu này, cũng nêu lên mối lo ngại về vị trí của các thiết bị giám sát ô nhiễm không khí hiện có. 

Kolb cho biết, các khu vực đông dân cư giám sát chất lượng không khí cho công dân của họ “không nhất thiết là những khu vực cần giám sát đa dạng sinh học” nhiều nhất. 

Vì vậy, mặc dù những phát hiện này có thể thúc đẩy các phương pháp giám sát đa dạng sinh học ở một số khả năng nhất định, nhưng Kolb tin rằng chúng có thể “không góp phần làm giảm bớt những thành kiến ​​hiện có ở phía nam toàn cầu – mà [thay vào đó] làm sâu sắc thêm chúng”. Cô ấy nói thêm: 

“Đối với một số bối cảnh nhất định, đó là một tiến bộ đáng kể, nhưng không phải đối với các khu vực, khu vực hoặc quốc gia nơi đa dạng sinh học tập trung và tình trạng mất đa dạng sinh học đang diễn ra tràn lan.” 

Obst lưu ý một mối quan tâm tương tự: đặt câu hỏi ai sẽ trả tiền cho các máy theo dõi được đặt ở những khu vực ít dân cư hơn để nghiên cứu đa dạng sinh học. 

Clare chỉ ra rằng các thiết bị giám sát chất lượng không khí đã tồn tại ở cả khu vực thành thị và nông thôn. Cô ấy nói, nhiều nơi nằm trong các công viên quốc gia, và “những nơi mà bạn cho là khá có giá trị về mặt sinh học”. Cô ấy nói thêm: 

“Theo những gì chúng tôi có thể biết từ dữ liệu công khai, chúng không tập trung quanh các khu vực đô thị. Chúng thực sự được phân bố một cách thú vị theo những cách khiến chúng có giá trị sinh thái tiềm tàng.

“Một số trong số chúng có thể giúp chúng tôi tiếp cận tài liệu ít nhiều dễ dàng, nhưng tất cả chúng đều lấy mẫu các kích thước hạt rất cố định. Miễn là họ đang lấy mẫu ở phạm vi kích thước đó, thì gần như chắc chắn rằng họ đang thu thập [eDNA]. Nó chỉ trở thành vấn đề làm thế nào để thực sự truy cập vào tài liệu có trên chúng.” 

Cô ấy nói thêm rằng nhóm nghiên cứu đã nói chuyện với các chuyên gia ở các quốc gia đa dạng sinh học ở phía nam bán cầu về khả năng của những phát hiện trước khi công bố nghiên cứu. 

Khả năng trong tương lai 

Duffy cho biết nghiên cứu “sáng tạo” “mở ra nhiều khả năng” để thu thập eDNA trong không khí. Anh ấy nói với Carbon Brief: 

“Bạn không cần một chuyên gia nhất định về mọi nhóm động vật hoặc thực vật để hiểu những gì hiện có và nó thay đổi như thế nào theo thời gian…Bằng cách đánh giá DNA của những loài đó, bạn có thể xác định những gì ở đó chỉ với một lần. Khảo nghiệm". 

Duffy đã tham gia vào một nghiên cứu xem xét các lợi ích và mối quan tâm về đạo đức đằng sau việc thu thập thông tin di truyền của con người cùng với DNA môi trường. Anh ta nói: 

“Điều đó chắc chắn có liên quan đến nghiên cứu này, trong đó những thiết bị theo dõi này có thể đang thu thập DNA của con người dưới dạng sản phẩm không mong muốn.” 

Tiến sĩ Deborah Dawson, người quản lý của một cơ sở nghiên cứu di truyền tại Đại học Sheffield, cho biết những phát hiện này rất “thú vị” và chứng minh một phương pháp thu thập eDNA với “tiềm năng to lớn”. Cô ấy nói với Carbon Brief:

“Việc công nhận và chứng minh rằng máy theo dõi ô nhiễm không khí có thể được sử dụng để nghiên cứu đa dạng sinh học là một phát hiện cực kỳ quan trọng và kịp thời.”

Dawson nhấn mạnh tầm quan trọng của việc dựa trên những phát hiện này để “thiết lập các giao thức tiêu chuẩn để ghi lại và so sánh đa dạng sinh học một cách thường xuyên và có hệ thống ở các khu vực khác nhau trên hành tinh của chúng ta, đồng thời theo dõi những thay đổi dự kiến ​​ở Vương quốc Anh và trên toàn thế giới do biến đổi khí hậu”. 

Theo nghiên cứu và các chuyên gia đã nói chuyện với Carbon Brief về những phát hiện của nó, vẫn còn nhiều câu hỏi về việc eDNA có thể di chuyển chính xác bao xa trong không khí trước khi được thu thập bởi các máy theo dõi ô nhiễm không khí. Phạm vi này phụ thuộc vào kích thước hạt và bộ lọc. 

Nghiên cứu cũng lưu ý rằng cần nghiên cứu thêm về cách eDNA xuống cấp theo thời gian trên các bộ lọc trước khi chúng được thu thập và lưu trữ đúng cách. 

Clare cho biết thêm rằng phương pháp giám sát eDNA này có thể mở ra “một quy mô hoàn toàn mới về những gì chúng ta có thể đo lường” xung quanh đa dạng sinh học. 

Điều này có thể bao gồm từ việc theo dõi các quần thể di cư do biến đổi khí hậu, sự xuất hiện của các loài mới và phát hiện các loài quý hiếm có thể bị bỏ sót thông qua một phép đo. Cô ấy nói với Carbon Brief: 

“Đây là một nguồn tài nguyên tiềm năng đáng kinh ngạc để cố gắng hiểu không chỉ sự hiện diện và vắng mặt của các loài, mà cả sự di chuyển của các quần thể.” 

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoAiStream. Thông minh dữ liệu Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• Mua và bán cổ phần trong các công ty PRE-IPO với PREIPO®. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.carbonbrief.org/air-pollution-monitors-may-hold-unnoticed-wealth-of-biodiversity-data/