Một cảnh tượng quen thuộc thường thấy trong những chuyện khoa học giả tưởng là: những nhà thám hiểm đến một thế giới mới và nhanh chóng xác định môi trường xung quanh họ có gì với một thiết bị công nghệ cao kiểm tra xem không khí có hít thở được không và những dấu hiệu của những dạng sống khác.
Ở đây trên trái đất này, khoa học giả tưởng đang trở thành hiện thực nhờ một công nghệ lấy mẫu mới được gọi là ADN môi trường, hay ngắn gọn là eADN. Nó giúp các nhà khoa học, như nhà sinh thái học Ryan Kelly, phát hiện những loài hiếm thấy hoặc xâm lấn, nghiên cứu sự đa dạng sinh học hoặc ước tính mức độ phong phú của loài cá chỉ bằng một mẫu không khí hoặc nước.
"Cơ bản chúng tôi có thể lấy mẫu đất hay không khí, hoặc trong trường hợp này là nước, và chúng tôi có thể lập trình tự ADN từ mẫu đó và biết được trong đó có gì," ông Kelly nói.
Đó là vì tất cả những sinh vật sống thường xuyên để lại hoặc thải ADN của chúng vào môi trường. Trong phòng thí nghiệm của ông Kelly tại Đại học Washington ở thành phố Seattle, nhóm nghiên cứu của ông lọc và khuếch đại vật chất di truyền. Hiện họ đang nghiên cứu những mẫu nước lấy từ Eo biển Puget.
Ông Kelly cho biết chi phí của việc lập trình tự gene đã "giảm mạnh trong những năm gần đây." Điều này khiến cho việc kiểm tra ADN khả thi hơn.
Xác định dấu tích
ADN môi trường có thể được sử dụng theo hai cách. Một là xác định những sinh vật sống ở một nơi nào đó. Hai là xác nhận sự hiện diện hay vắng bóng của một sinh vật cụ thể, thường là một loài xâm lấn hoặc có nguy cơ tuyệt chủng.
Caren Goldberg điều hành phòng thí nghiệm eADN mới tại Đại học Washington State ở Pullman, bang Washington. Bà là một trong những nhà sinh vật học đầu tiên ở vùng tây bắc của Mỹ đưa công cụ này từ những thí nghiệm chứng minh vào ứng dụng trong thực tế.
"Nó cực kỳ hữu ích đối với những loài thực sự khó tìm thấy," bà nói. "Tôi đã dành nhiều giờ tìm kiếm những loài mà tôi chắc chắn là có mặt ở đó - tìm dưới những tảng đá, trong nước, làm mọi cuộc khảo sát."
Bà Goldberg nhìn thấy tiềm năng có được câu trả lời hiệu quả hơn, an toàn hơn và ít gây hủy hoại hơn so với những kỹ thuật khảo sát truyền thống như lặn tìm dưới nước, giăng lưới hoặc sử dụng một dòng điện để tạm thời gây choáng đàn cá.
"Việc nghiệm chứng khái niệm đã hoàn toàn được xác lập," bà nói. "Không hẳn là tất cả mọi người đều ứng dụng phương pháp này, nhưng tôi nghĩ là phần lớn đang sử dụng."
Thật vậy, phương pháp xác định mới này đang nhanh chóng phổ biến khắp thế giới. Ở Việt Nam, các nhà động vật học đang sử dụng phương pháp này để xác định vị trí những mẫu vật hoang dã cuối cùng của loài rùa mai mềm khổng lồ sông Dương Tử. Ở Trinidad, một nhà nghiên cứu đang sử dụng eADN truy tìm loài ếch vàng leo cây đang bị đe dọa tuyệt chủng. Và ở Madagascar, nó đang được sử dụng để xác định những chứng bệnh của loài lưỡng cư.
Về phần mình, bà Caren Goldberg sử dụng phương pháp kiểm tra ADN tinh nhạy này để xác nhận sự tuyệt chủng của một con ếch da báo ở miền bắc bang Idaho. Bà cũng được thuê xác định tầm mức lan tỏa của loài sên bùn New Zealand, một loài xâm lấn nhỏ đang sinh sôi tràn lan khắp suối và hồ ở bang Washington.
Bây giờ, Cục Quản lý Đất đai Hoa Kỳ muốn bà Goldberg truy tìm loài ếch đốm Columbia ở miền đông bang Oregon và bang Nevada. Loài lưỡng cư hiếm thấy này là ứng viên cho danh sách những loài bị đe dọa của liên bang.
Một công cụ mới cho các nhà sinh vật học
Các nhà sinh vật học điền dã trước mắt sẽ không bị robot thay thế, theo lời những nhà khoa học làm việc với công nghệ này. Nhưng công tác điền dã lỗi thời sẽ sớm có thể được nhắm mục tiêu cụ thể hơn hoặc sắp xếp thứ tự ưu tiên.
"Phương pháp này sẽ không thay thế tất cả những công cụ khác," nhà sinh thái học David Pilliod của Cơ quan Địa chất Hoa Kỳ ở Boise cho biết. "Đó là một công cụ trong nhiều những công cụ."
Ông Pilliod mô tả những kết quả của nghiên cứu liên quan đến cá hồi Chinook vừa được đăng trên chuyên san Bảo tồn Sinh học trên mạng. Ông, bà Goldberg và tác giả chính Matthew Laramie, một nhà khoa học khác của Cơ quan Địa chất Hoa Kỳ ở Boise, kiểm tra khả năng của họ trong việc phát hiện loài cá hồi Chinook có nguy cơ tuyệt chủng ở lưu vực sông Methow và sông Okanogan thuộc bắc trung bộ bang Washington. Trong nghiên cứu, eADN cho thấy độ tin cậy cao trong việc phát hiện loài cá hồi Chinook ở những nơi được biết là chúng có xuất hiện. Việc lấy mẫu phân tử cũng tìm thấy dấu vết của cá hồi Chinook trong một số nhánh sông, nơi mà chúng lẽ ra không xuất hiện.
"Một lĩnh vực mà eADN có thể giúp là phát hiện nơi đàn cá tái cư ngụ," ông Pilliod cho biết trong một cuộc phỏng vấn. Chính phủ liên bang và Liên minh Các Bộ lạc Colville đang chi hàng triệu đôla cho những kế hoạch hồi phục những khu bảo tồn cá thượng nguồn sông Columbia. Thông tin xác thực về sự phân bố của loài cá này rất hữu ích cho việc đo lường tiến độ lẫn phân bổ ngân khoản cho việc hồi phục môi trường sống.
Các nhà quản lý tài nguyên thiên nhiên đang tìm kiếm bằng chứng cho thấy phương pháp eADN cho biết chính xác hơn loài sinh vật nào hiện hữu với tỉ lệ sai sót thấp. Phương pháp này được chú ý nhiều nhất trong khu vực Ngũ Hồ, nơi mà những kết quả kiểm tra dương tính nhầm và những phát hiện bị bỏ sót đã xảy ra trong khi theo dõi loài cá chép châu Á xâm lấn. Một mục tiêu nghiên cứu liên quan là xác định chính xác hơn ADN môi trường lưu lại được bao lâu và có thể trôi dạt trong những môi trường khác nhau được bao xa.
