Trong thập kỷ qua, các nhà nghiên cứu đa dạng sinh học đã sử dụng trình tự DNA chiết xuất từ các mẫu môi trường như đất, biển và nước ngọt, thậm chí là DNA môi trường không khí (eDNA) - để xác định các sinh vật hiện diện trong một loạt môi trường sống.
Việc xác định trình tự các dấu vết DNA nhỏ bé này đã chứng minh một kỹ thuật mạnh mẽ để phát hiện các loài mà có thể hiếm khi được quan sát trực tiếp hoặc trong giai đoạn đầu đời. Từ đó, tạo ra một cuộc cách mạng trong việc khám phá và giám sát đa dạng sinh học.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Milano-Bicocca ở Ý và Đại học Leeds đã phát triển một cách tiếp cận mới sáng tạo để thu thập các mẫu eDNA biển, hứa hẹn sẽ mở ra việc giám sát đa dạng sinh học của các vị trí đại dương xa xôi.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ thống mới để dễ dàng lấy mẫu. Cụ thể, có thể được triển khai từ phà vượt biển và các tàu thương mại khác như tàu container, cho phép khả năng sử dụng đội tàu thương mại toàn cầu để giúp giám sát đa dạng sinh học biển.
Mặc dù việc giải trình tự DNA ngày càng trở nên hiệu quả về mặt chi phí, nhưng thách thức lớn nhất là thường xuyên thu thập mẫu trên các khu vực địa lý rộng lớn cần thiết để mở rộng các kỹ thuật giám sát mới này ra phạm vi toàn cầu.
Việc lấy mẫu eDNA biển ở xa đất liền thường phụ thuộc vào việc tiếp cận các tàu nghiên cứu chuyên dụng, hoạt động phức tạp và tốn kém. Điều này hạn chế phạm vi địa lý và tần suất của các cuộc điều tra, cản trở việc mở rộng các cuộc điều tra eDNA quy mô lớn.
Hệ thống mới không yêu cầu thiết bị phức tạp được triển khai từ một con tàu. Nước được lấy từ hệ thống làm mát động cơ bằng thiết bị đơn giản và có thể được thực hiện bởi những người không chuyên. Vì các tàu thương mại thường xuyên đi qua các góc xa của hầu hết các đại dương trên thế giới, chúng có thể mang lại cơ hội gần như vô hạn cho việc thu thập mẫu để đóng góp vào các chương trình giám sát đa dạng sinh học.
Nhóm đã hợp tác với Corsica-Sardinia Ferries, hỗ trợ một chương trình khảo sát trực quan dài hạn về các loài giáp xác do ISPRA (Viện Nghiên cứu và Bảo vệ Môi trường Ý,cũng là đối tác trong nghiên cứu hiện tại) điều hành, để thử nghiệm hệ thống trên tuyến đường của họ giữa Livorno ở Tuscany và Golfo Aranci ở Sardinia.
Kết quả cho thấy các mẫu thu thập được trên phà có dấu vết của DNA từ tất cả các bộ phận của hệ sinh thái động vật có xương sống, từ cá săn mồi nhỏ ở cơ sở của chuỗi thức ăn, chẳng hạn như cá cơm và cá mòi, đến các loài cá săn mồi nhỏ và lớn hơn như cá ngừ và cá kiếm.
Tiến sĩ Simon Goodman đến từ Trường Sinh học Leeds, là đồng tác giả của báo cáo, được công bố trên tạp chí Frontiers in Marine Science.
Ông nói: “Khi chúng tôi lần đầu tiên bắt đầu tìm hiểu kết quả giải trình tự, tôi đã rất ngạc nhiên về việc nó đã nắm bắt tốt cấu trúc của hệ sinh thái động vật có xương sống như thế nào.
"Đó là một kết quả thực sự thú vị và làm nổi bật sức mạnh mà eDNA có để tiết lộ sự biến đổi sinh thái quy mô nhỏ".
Một trong những người dẫn đầu nghiên cứu, Tiến sĩ Elena Valsecchi thuộc Đại học Milano-Bicocca cho biết: "Phương pháp sáng tạo này được áp dụng cho DNA môi trường cho phép chúng tôi thực hiện một loại quét CAT - chụp cắt lớp vi tính trục của biển".
“Tiếp theo, chúng tôi sẽ quét nhiều tuyến phà ở Địa Trung Hải để tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao về tình trạng đa dạng sinh học ở các vùng biển của chúng ta", Elena Valsecchi nói thêm.
Nhìn chung, eDNA từ 100 loài động vật có xương sống độc đáo đã được phát hiện, với thành phần loài được chứng minh là phù hợp với thành phần loài đến từ Địa Trung Hải từ các kỹ thuật khảo sát thông thường.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra sự thay đổi quy mô nhỏ trong sự xuất hiện của các loài liên quan đến các yếu tố môi trường. Chẳng hạn như sự phong phú tương đối của trình tự đối với cá cơm và cá mòi tương quan với nhiệt độ nước khác nhau mà loài được biết là thích sinh sản.
Các chuỗi từ các loài sống ở biển sâu như cá lồng đèn, thường xảy ra vào ban đêm hơn đối với một số mẫu, tương ứng với sự di cư hàng ngày theo chiều thẳng đứng qua cột nước mà các loài cá biển đã được biết đến.
