Khoa Học

Các nhà khoa học có một cách mới để biết có bao nhiêu cá mập ở biển | Khoa học

Hãy tưởng tượng nghiên cứu động vật mà không nhìn thấy chúng. Nghe có vẻ lố bịch không? Đối với những người như chúng tôi, những người lần đầu tiên quan tâm đến sinh học bởi vì chúng tôi yêu động vật và thích nghiên cứu chúng, vâng, nghe có vẻ là một việc tồi tệ. Tuy nhiên, nếu bạn nghĩ về những gì các nhà điều tra pháp y làm khi họ tìm kiếm bằng chứng DNA tại hiện trường vụ án hoặc những gì bác sĩ làm khi họ phát hiện mầm bệnh trong máu của bệnh nhân, thì chính xác là: họ phát hiện dạng sống mà không cần nhìn thấy chúng.

DNA là bản in xanh của sự sống. Nó hiện diện ở hầu hết mọi sinh vật trên Trái đất và chúng ta thường nghiên cứu nó bằng cách chiết xuất nó từ một mẩu mô hoặc một mẫu máu. Nhưng DNA, thực sự, ở khắp mọi nơi: động vật thải ra liên tục, khi chúng tự cào, khi chúng thải ra nước tiểu, trứng, nước bọt, phân và tất nhiên, khi chúng chết. Mọi môi trường, từ giường ngủ cho đến những vùng sâu nhất của đại dương, đều chứa đầy bụi sinh học, chủ yếu là vật chất tế bào, chứa DNA của các sinh vật đã bỏ lại nó. Điều này, chúng tôi gọi là DNA môi trường, hoặc eDNA.

Được hỗ trợ bởi công nghệ ngày càng nhanh, chính xác và giá cả phải chăng, trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã bắt đầu giải trình tự DNA dấu vết này từ nhiều môi trường . Và phương pháp tiếp cận vi mô này thậm chí còn tỏ ra hữu ích đối với các nhà khoa học khi điều tra các môi trường rộng lớn như đại dương.





tuần lộc mũi đỏ chạy rudolph vào năm nào
Bơi Judith

Judith bơi với đầu búa ở Bahamas: rất khó để khảo sát và theo dõi cá mập vì đại dương quá rộng lớn.(Nicolo Roccatagliata, Tác giả cung cấp)

Nhiều loài động vật biển lớn, quý hiếm, khó nắm bắt và có tính di động cao. Cá mập là một ví dụ rõ ràng: trong các đại dương, chúng chiếm một tỷ lệ nhỏ trong sinh khối, hầu hết chúng đều khá khó bắt , và họ đã xung đột với con người kể từ khi chúng tôi bắt đầu mạo hiểm trên biển. Với một vài trường hợp ngoại lệ, họ tránh chúng tôi, và bởi vì chúng tôi nhiều loài đã bị đe dọa tuyệt chủng.



Đây là lý do tại sao chúng tôi nghĩ rằng sẽ rất thú vị nếu chỉ bằng cách lấy mẫu một vài chai nước biển (và các đoạn DNA trong đó), chúng tôi có thể lập bản đồ nhanh chóng về sự hiện diện và phân bố của cá mập mà không cần tham gia vào các cuộc rượt đuổi hoang dã hay sử dụng thời gian và tài nguyên- các phương pháp câu cá mập chuyên sâu. Chúng tôi rất vui khi phát hiện ra rằng, điều này có thể , và các loài khác nhau có thể được phát hiện ở các khu vực địa lý khác nhau, mặc dù những khu vực bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi con người sẽ cho thấy sự hiện diện rất ít của cá mập.

Lấy mẫu Stefano ở Belize

Lấy mẫu Stefano ở Belize(Judith Bakker, Tác giả cung cấp)

Nhưng thước đo thực sự về hiệu quả của cách tiếp cận eDNA này đối với việc theo dõi cá mập sẽ chỉ được tiết lộ khi đối chiếu với thiết lập, phương pháp đã thử và đã thử nghiệm , chẳng hạn như các cuộc điều tra trực quan về lặn với bình dưỡng khí hoặc các bản ghi camera dưới nước có mồi nhử.



Đây là trọng tâm của nghiên cứu gần đây nhất của chúng tôi, được thực hiện với các đồng nghiệp ở quần đảo Nam Thái Bình Dương của New Caledonia, Pháp, Úc và Hoa Kỳ, và hiện đã được xuất bản trên tạp chí Tiến bộ Khoa học . Kết quả rất thú vị: 22 mẫu nước được thu thập trong vài tuần đã phát hiện nhiều cá mập hơn so với hàng trăm lần quan sát bằng camera dưới nước trong vòng hai năm và hàng nghìn người lặn biển trong khoảng thời gian hàng chục năm. Gần một nửa số loài được phát hiện thông qua DNA môi trường hoàn toàn không thể được tìm thấy bằng các phương pháp truyền thống. Và trong khi eDNA có thể phát hiện ra sự hiện diện của một số cá mập trong khoảng 90% mẫu, camera dưới nước chỉ có thể quản lý hơn 50% và hoạt động lặn với bình dưỡng khí khoảng 15%.

New Caledonia

New Caledonia: chỉ có 22 mẫu nước eDNA (sao đỏ) phát hiện nhiều cá mập hơn nhiều bản ghi bằng camera (xanh lam) hoặc lặn với bình dưỡng khí (xanh lục).(Boussarie & Bakker và cộng sự (2018))

Điều thú vị là eDNA hoạt động tốt hơn các phương pháp khác trong cả khu vực nguyên sơ và bị ảnh hưởng. Một loạt các loài cá mập đã được phát hiện ngay cả ở những khu vực đông đúc, ồn ào và cạn kiệt, nơi chúng được cho là đã tuyệt chủng. Điều này cho thấy một số đa dạng tối có thể vẫn còn tồn tại, dưới dạng các cá thể và nhóm còn sót lại cần được bảo vệ. Tương tự, eDNA có thể giúp bằng cách tiết lộ sự xuất hiện của các loài ngoại lai mới thành lập đang mở rộng phạm vi của chúng. Tất cả những điều này là tin tốt cho tất cả mọi người, và đây là lý do tại sao.

trang web hẹn hò tốt nhất cho người 30 tuổi

Với tốc độ và hiệu quả của việc lấy mẫu eDNA, một phần lớn hơn nhiều của biển có thể được sàng lọc, trong thời gian ngắn hơn, để thu thập tổng quan về các mô hình đa dạng trên các khu vực và môi trường sống rộng lớn, dọc theo các độ dốc môi trường khác nhau và tại các thời điểm khác nhau. Về khả năng, chúng ta có thể nhanh chóng xây dựng bản đồ về sự đa dạng của các loài và sử dụng chúng để tạo ra các mô hình dự đoán và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự đa dạng, trong khi các phương pháp được phát triển để cải thiện khía cạnh định lượng của phát hiện eDNA, cũng như trong các loài lôi cuốn . Tất cả những điều đó sẽ giúp ích rất nhiều cho những ai phải đưa ra kế hoạch bảo vệ các môi trường sống và hệ sinh thái quan trọng.

Khoa học DNA môi trường vẫn đang phát triển nhanh chóng. Cơ sở dữ liệu mà chúng tôi sử dụng để so khớp các trình tự chưa biết được lấy từ biển phải được làm giàu với các tham chiếu DNA mới của nhiều loài hiện có - mọi nghiên cứu eDNA đa loài cho đến nay đều phát hiện một lượng lớn trình tự không thể khớp với bất kỳ tham chiếu nào. Một tỷ lệ đáng kể trong số này thuộc về các sinh vật chưa được mô tả bởi các nhà khoa học.

Các đầu dò DNA hiện có sẽ phải dài hơn, vì các chuỗi ngắn đôi khi có thể không phân biệt được các loài có quan hệ họ hàng gần. Ví dụ, cá mập đầu đen chia sẻ một số trình tự giống hệt với cá mập rạn xám dọc theo đoạn DNA được sử dụng trong nghiên cứu của chúng tôi. Tuy nhiên, tất cả các dấu hiệu ban đầu cho thấy rằng cách tiếp cận này có thể giúp chúng ta tiến gần hơn đến việc hiểu và quản lý tốt hơn hệ sinh thái lớn nhất trên Trái đất.


Bài báo này ban đầu được xuất bản trên Cuộc trò chuyện. Cuộc trò chuyện

Stefano Mariani, Chủ tịch Di truyền Bảo tồn, Đại học Salford

Judith Bakker, Nghiên cứu viên, Khoa học Môi trường & Đời sống, Đại học Salford





^