Tình trạng suy giảm này rất đáng lo ngại, và nguyên nhân của nó lại phức tạp do hệ sinh thái có mức độ đa dạng riêng và chịu ảnh hưởng từ hoạt động con người. May mắn thay, các nhà khoa học tại Đại học Cardiff và ĐH Bangor cho thấy, DNA môi trường (eDNA) có thể hé mở bí mật của các dòng suối, sông và hồ nước ngọt, giúp ta hiểu rõ hơn về vấn đề này.

Phần lớn giám sát đa dạng sinh học nước ngọt hiện nay tập trung vào một nhóm động vật tương đối hẹp là cá và các động vật không xương sống kích thước lớn. Để theo dõi số lượng cá, người ta thường dùng phương pháp xung điện, truyền điện vào nước khiến cá bị choáng tạm thời và nổi lên, sau đó đếm và xác định số lượng cá. Để theo dõi động vật không xương sống kích thước lớn, họ dùng phương pháp lấy mẫu bằng lưới: đứng ở một vị trí trên sông, khuấy lòng sông lên rồi dùng lưới để vợt lấy sinh vật bị cuốn trôi theo dòng nước.

Cả hai phương pháp trên đều có hạn chế. Với cách kích điện, nhà khoa học phải đảm bảo dòng điện nhất quán giữa các lần chạy mẫu, và cá lớn có thể dễ bị sốc điện hơn cá nhỏ, dẫn đến bỏ sót cá nhỏ và gây thiên lệch dữ liệu. Với cách lấy mẫu bằng lưới, một số nền đáy sông dễ khuấy sẽ cho kết quả tốt hơn, trong khi một số loài động vật không xương sống lại giỏi né tránh hoặc chui lọt lưới. Ở cả hai phương pháp, không phải địa điểm nào cũng phù hợp để lấy mẫu. Hơn nữa, chúng tốn thời gian, đòi hỏi nhiều nhân lực và có thể tổn hại môi trường.

Trong khi đó, lấy mẫu eDNA lại đơn giản hơn nhiều. eDNA là các chuỗi DNA mà sinh vật để lại trong môi trường, kể cả lúc chúng còn sống hay chết đi. Ta có thể lọc chúng từ mẫu nước, phân tích để xác định nhóm phân loại sinh vật mình quan tâm, rồi giải trình tự gene bằng metabarcoding – giải trình tự vùng gene chỉ thị. Nhờ thế chúng ta đối chiếu kết quả với cơ sở dữ liệu để xác định được nguồn gốc sinh vật của DNA.

Việc thu thập mẫu eDNA khá dễ dàng và không đòi hỏi chuyên môn, cho phép các nhà khoa học công dân và người không chuyên cũng có thể tham gia vào nghiên cứu. eDNA có thể xác định được nhiều sinh vật hơn so với các phương pháp truyền thống, gồm cả những sinh vật nhỏ bé, khó quan sát. Và quan trọng, nó không làm xáo trộn môi trường.

Nhưng phân tích eDNA cũng có hạn chế. Không như các phương pháp truyền thống, eDNA không thể phân biệt cá hồi non với cá trưởng thành. Nó cũng thiếu các bộ dữ liệu phong phú so với các phương pháp phân tích truyền thống đã được áp dụng trong nhiều thập kỷ, do đó có thể khó khăn trong sử dụng kết quả eDNA để đưa ra khuyến nghị chính sách bảo tồn hiệu quả.

Cũng có lo ngại eDNA thu thập được ở các con sông chỉ phản ánh dấu vết DNA của các sinh vật có thể trôi nhiều cây số từ phía thượng nguồn, khiến ta khó xác định được nguồn gốc của chúng trong toàn bộ lưu vực sông.

Nghiên cứu của Đại học Cardiff và Đại học Bangor cho thấy không hẳn như vậy. Họ đã lấy 798 mẫu nước tại 14 địa điểm trên sông Conwy ở phía Bắc xứ Wales vào 19 thời điểm trong năm, đồng thời thu thập mẫu nước từ nhiều con sông khác ở Anh, Thụy Sĩ và Mỹ. Kết quả cho thấy, DNA của các sinh vật thải vào sông không di chuyển xa, hầu hết trở nên không thể phát hiện chỉ sau 1 km tính từ hạ lưu.

Đây là một tin tuyệt vời – vì mỗi mẫu eDNA lấy từ một con sông sẽ là đại diện cho một đoạn sông tương đối nhỏ. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu phát hiện những thay đổi trong sự phân bố sinh vật trên lưu vực sông và có thể tìm ra nguyên nhân gây sự suy giảm đa dạng sinh học ngay cả ở các khu vực địa phương của hệ sinh thái nước ngọt, rồi xác định cách ngăn chặn.

Tình trạng suy giảm này rất đáng lo ngại, và nguyên nhân của nó lại phức tạp do hệ sinh thái có mức độ đa dạng riêng và chịu ảnh hưởng từ hoạt động con người. May mắn thay, các nhà khoa học tại Đại học Cardiff và ĐH Bangor cho thấy, DNA môi trường (eDNA) có thể hé mở bí mật của các dòng suối, sông và hồ nước ngọt, giúp ta hiểu rõ hơn về vấn đề này.

Phần lớn giám sát đa dạng sinh học nước ngọt hiện nay tập trung vào một nhóm động vật tương đối hẹp là cá và các động vật không xương sống kích thước lớn. Để theo dõi số lượng cá, người ta thường dùng phương pháp xung điện, truyền điện vào nước khiến cá bị choáng tạm thời và nổi lên, sau đó đếm và xác định số lượng cá. Để theo dõi động vật không xương sống kích thước lớn, họ dùng phương pháp lấy mẫu bằng lưới: đứng ở một vị trí trên sông, khuấy lòng sông lên rồi dùng lưới để vợt lấy sinh vật bị cuốn trôi theo dòng nước.

Cả hai phương pháp trên đều có hạn chế. Với cách kích điện, nhà khoa học phải đảm bảo dòng điện nhất quán giữa các lần chạy mẫu, và cá lớn có thể dễ bị sốc điện hơn cá nhỏ, dẫn đến bỏ sót cá nhỏ và gây thiên lệch dữ liệu. Với cách lấy mẫu bằng lưới, một số nền đáy sông dễ khuấy sẽ cho kết quả tốt hơn, trong khi một số loài động vật không xương sống lại giỏi né tránh hoặc chui lọt lưới. Ở cả hai phương pháp, không phải địa điểm nào cũng phù hợp để lấy mẫu. Hơn nữa, chúng tốn thời gian, đòi hỏi nhiều nhân lực và có thể tổn hại môi trường.

Trong khi đó, lấy mẫu eDNA lại đơn giản hơn nhiều. eDNA là các chuỗi DNA mà sinh vật để lại trong môi trường, kể cả lúc chúng còn sống hay chết đi. Ta có thể lọc chúng từ mẫu nước, phân tích để xác định nhóm phân loại sinh vật mình quan tâm, rồi giải trình tự gene bằng metabarcoding – giải trình tự vùng gene chỉ thị. Nhờ thế chúng ta đối chiếu kết quả với cơ sở dữ liệu để xác định được nguồn gốc sinh vật của DNA.

Việc thu thập mẫu eDNA khá dễ dàng và không đòi hỏi chuyên môn, cho phép các nhà khoa học công dân và người không chuyên cũng có thể tham gia vào nghiên cứu. eDNA có thể xác định được nhiều sinh vật hơn so với các phương pháp truyền thống, gồm cả những sinh vật nhỏ bé, khó quan sát. Và quan trọng, nó không làm xáo trộn môi trường.

Nhưng phân tích eDNA cũng có hạn chế. Không như các phương pháp truyền thống, eDNA không thể phân biệt cá hồi non với cá trưởng thành. Nó cũng thiếu các bộ dữ liệu phong phú so với các phương pháp phân tích truyền thống đã được áp dụng trong nhiều thập kỷ, do đó có thể khó khăn trong sử dụng kết quả eDNA để đưa ra khuyến nghị chính sách bảo tồn hiệu quả.

Cũng có lo ngại eDNA thu thập được ở các con sông chỉ phản ánh dấu vết DNA của các sinh vật có thể trôi nhiều cây số từ phía thượng nguồn, khiến ta khó xác định được nguồn gốc của chúng trong toàn bộ lưu vực sông.

Nghiên cứu của Đại học Cardiff và Đại học Bangor cho thấy không hẳn như vậy. Họ đã lấy 798 mẫu nước tại 14 địa điểm trên sông Conwy ở phía Bắc xứ Wales vào 19 thời điểm trong năm, đồng thời thu thập mẫu nước từ nhiều con sông khác ở Anh, Thụy Sĩ và Mỹ. Kết quả cho thấy, DNA của các sinh vật thải vào sông không di chuyển xa, hầu hết trở nên không thể phát hiện chỉ sau 1 km tính từ hạ lưu.

Đây là một tin tuyệt vời – vì mỗi mẫu eDNA lấy từ một con sông sẽ là đại diện cho một đoạn sông tương đối nhỏ. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu phát hiện những thay đổi trong sự phân bố sinh vật trên lưu vực sông và có thể tìm ra nguyên nhân gây sự suy giảm đa dạng sinh học ngay cả ở các khu vực địa phương của hệ sinh thái nước ngọt, rồi xác định cách ngăn chặn.