Dấu vết sinh học trong môi trường
Điều tra đa dạng sinh học rừng lâu nay dựa chủ yếu vào quan sát trực tiếp, tuyến điều tra, ô tiêu chuẩn, bẫy ảnh, ghi âm tự động, bắt mẫu và nhận dạng hình thái. Đây vẫn là nền tảng để xác định hiện trạng quần thể, sinh cảnh và mối quan hệ sinh thái. Tuy nhiên, nhiều loài có mật độ thấp, hoạt động ban đêm, sống kín đáo hoặc chỉ xuất hiện theo mùa nên xác suất ghi nhận trong một đợt khảo sát có thể hạn chế.
DNA môi trường là vật liệu di truyền do sinh vật để lại trong nước, đất, trầm tích, không khí hoặc trên bề mặt sinh học. Nguồn vật liệu có thể đến từ tế bào, mô, dịch tiết, phân, lông, da hoặc vật liệu phân hủy. Sau khi thu mẫu, phòng thí nghiệm có thể tìm một loài mục tiêu bằng xét nghiệm chuyên biệt, hoặc khảo sát nhiều nhóm sinh vật bằng metabarcoding. Metabarcoding sử dụng các đoạn mã di truyền ngắn để khuếch đại DNA hỗn hợp trong mẫu, sau đó giải trình tự và so sánh với cơ sở dữ liệu tham chiếu. Kết quả thường là danh sách đơn vị phân loại kèm chỉ số chất lượng, chứ không phải một cuộc 'đếm cá thể bằng DNA'. Chính điểm này cần được giải thích rõ ngay từ khi thiết kế nhiệm vụ.
Công cụ bổ sung cho điều tra rừng
Đối với hệ sinh thái rừng, eDNA có thể hỗ trợ tìm kiếm dấu vết của động vật có xương sống tại suối, ao và điểm nước; khảo sát cộng đồng thủy sinh; theo dõi nấm và vi sinh vật đất; hoặc sàng lọc loài ngoại lai xâm hại. Phương pháp ít gây xáo trộn sinh cảnh và có thể lặp lại theo mạng điểm cố định, nhờ đó phù hợp với giám sát xu thế khi quy trình được giữ nhất quán.
Ưu thế đáng chú ý là khả năng bổ sung bằng chứng tại nơi loài khó quan sát trực tiếp. Một tín hiệu eDNA hợp lệ có thể giúp thu hẹp vùng tìm kiếm, bố trí bẫy ảnh, máy ghi âm hoặc tuyến điều tra đúng trọng tâm hơn. Với loài ưu tiên bảo tồn, phương án này có thể giảm áp lực bắt giữ và xử lý mẫu vật sống.
Tuy vậy, eDNA không thay thế chuyên gia phân loại, mẫu chuẩn hay khảo sát sinh thái. DNA có thể được vận chuyển theo dòng nước, tồn lưu trong khoảng thời gian khác nhau hoặc suy giảm nhanh tùy điều kiện. Việc phát hiện một trình tự chưa tự động chứng minh rằng cá thể còn sống đúng tại điểm lấy mẫu, cũng không cung cấp trực tiếp kích thước quần thể. Số đọc trình tự còn chịu ảnh hưởng của mồi, quá trình khuếch đại, chất ức chế và quy trình phòng thí nghiệm nên không nên quy đổi giản đơn thành số lượng cá thể.
Chọn câu hỏi trước khi chọn công nghệ
Một chương trình eDNA tốt bắt đầu từ câu hỏi quản lý. Nếu mục tiêu là phát hiện sớm một loài ngoại lai, quy trình cần ưu tiên độ nhạy và xác nhận độc lập. Nếu mục tiêu là so sánh biến động quần xã giữa các sinh cảnh, thiết kế phải có số lần lặp, mẫu đối chứng và mùa lấy mẫu thống nhất. Nếu mục tiêu là hỗ trợ đánh giá phục hồi hệ sinh thái, eDNA cần được ghép với chỉ tiêu cấu trúc rừng, chất lượng nước, mức độ tác động và các nhóm chỉ thị khác.
Đoạn mã di truyền cũng phải phù hợp với nhóm sinh vật. Các vùng 12S hoặc 16S thường được sử dụng trong nghiên cứu động vật có xương sống; COI phổ biến với nhiều nhóm động vật không xương sống; rbcL, trnL hoặc ITS2 có thể được cân nhắc cho thực vật; ITS thường được dùng với nấm. Đây là các lựa chọn tham khảo, không phải công thức cố định. Khả năng phân giải phụ thuộc vào loài, mồi và mức độ đầy đủ của thư viện trình tự tại khu vực nghiên cứu.
Quy trình bảy bước đề xuất
Bước 1 – Xác định mục tiêu và mức bằng chứng cần thiết. Nêu rõ đối tượng, sinh cảnh, phạm vi không gian, mùa khảo sát, yêu cầu phát hiện và quyết định quản lý mà kết quả sẽ hỗ trợ.
Bước 2 – Thiết kế mạng điểm và số lần lặp. Phân tầng theo lưu vực, kiểu rừng, độ cao, mức tác động hoặc khu chức năng; bố trí mẫu lặp sinh học và lặp kỹ thuật phù hợp. Với mẫu nước, cần xem xét hướng dòng chảy để tránh diễn giải tín hiệu từ thượng nguồn thành hiện diện tại chỗ.
Bước 3 – Chuẩn hóa lấy mẫu và chuỗi bàn giao. Dụng cụ phải sạch, vật tư dùng một lần được quản lý chặt chẽ; mỗi mẫu có mã duy nhất, tọa độ, thời gian, điều kiện môi trường, người lấy và lịch sử bảo quản. Mẫu trắng hiện trường cần đi cùng bộ lấy mẫu để phát hiện nhiễm trong quá trình thao tác.
Bước 4 – Bảo quản và tách chiết có kiểm soát. Lọc hoặc cố định mẫu ngay theo quy trình đã thẩm định; kiểm soát nhiệt độ và thời gian vận chuyển. Phòng tách chiết, chuẩn bị phản ứng và xử lý sản phẩm khuếch đại cần được tách biệt về không gian hoặc dòng công việc nhằm giảm nguy cơ nhiễm chéo.
Bước 5 – Phân tích phòng thí nghiệm. Sử dụng đối chứng âm, đối chứng dương, mẫu lặp và tiêu chí chấp nhận lô phân tích. Đối với loài mục tiêu, xét nghiệm phải được đánh giá độ đặc hiệu và độ nhạy trên mẫu chuẩn liên quan. Đối với metabarcoding, mồi và quy trình giải trình tự phải phù hợp với câu hỏi đã xác định.
Bước 6 – Xử lý dữ liệu có lưu vết. Lưu phiên bản phần mềm, tham số lọc, ngưỡng chất lượng, cơ sở dữ liệu tham chiếu và ngày truy cập. Các trình tự chưa đủ mức tin cậy chỉ nên báo cáo ở bậc phân loại phù hợp, không ép định danh đến loài.
Bước 7 – Kiểm chứng và báo cáo bất định. Đối chiếu với dấu vết hiện trường, bẫy ảnh, âm thanh, mẫu vật, tri thức địa phương và phân bố đã biết. Báo cáo đồng thời phát hiện dương tính, âm tính, mẫu không đạt và khả năng sai số; lưu mẫu hoặc dịch chiết theo quy định để có thể kiểm tra lại khi cần.
Kiểm soát chất lượng quyết định độ tin cậy
eDNA đặc biệt nhạy với nhiễm. Một lượng vật liệu di truyền rất nhỏ từ tay người thao tác, dụng cụ, khí dung hoặc mẫu dương tính khác cũng có thể tạo tín hiệu. Vì vậy, mẫu trắng hiện trường, mẫu trắng tách chiết và mẫu trắng phản ứng không phải thủ tục phụ mà là một phần của bằng chứng khoa học.
Sai âm cũng cần được xem xét. Nồng độ DNA thấp, chất ức chế trong đất và nước, thời điểm lấy mẫu không phù hợp hoặc mồi không bắt cặp tốt đều có thể khiến loài không được phát hiện dù có hiện diện. Kết luận 'không phát hiện' phải gắn với giới hạn của thiết kế, không đồng nghĩa tuyệt đối với 'không có loài'.
Một nút thắt khác là thư viện tham chiếu. Nếu trình tự của loài bản địa chưa có, gắn sai tên hoặc không đủ độ phân giải, kết quả metabarcoding khó đạt mức định danh mong muốn. Do đó, phát triển thư viện mã vạch cho các loài ưu tiên, có mẫu vật chuẩn và chuyên gia xác nhận, là đầu tư cơ sở dữ liệu dài hạn chứ không chỉ là phần việc của một dự án đơn lẻ.
Gắn eDNA với hệ thống giám sát đa phương pháp
Cách tiếp cận phù hợp cho rừng nhiệt đới là tích hợp. eDNA trả lời câu hỏi về dấu vết di truyền; bẫy ảnh cung cấp bằng chứng hình ảnh và hoạt động; âm thanh thụ động ghi nhận chim, dơi hoặc lưỡng cư phát âm; ô tiêu chuẩn và tuyến điều tra mô tả cấu trúc thảm thực vật; viễn thám và GIS cho biết biến động sinh cảnh. Khi các lớp dữ liệu được liên kết theo không gian và thời gian, khả năng giải thích nguyên nhân và mức độ biến động sẽ tốt hơn.
Khung giám sát của Công ước về Đa dạng sinh học đi kèm Khung đa dạng sinh học toàn cầu Côn Minh – Montreal nhấn mạnh hệ thống chỉ số để theo dõi tiến độ thực hiện các mục tiêu. Quyết định 149/QĐ-TTg ngày 28/1/2022 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược quốc gia về đa dạng sinh học đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, đặt trọng tâm vào bảo vệ, phục hồi hệ sinh thái tự nhiên và bảo tồn, sử dụng bền vững đa dạng sinh học. eDNA có thể đóng góp dữ liệu bổ sung cho nhiệm vụ này, nhưng chỉ khi chỉ tiêu được thiết kế phù hợp với hệ thống báo cáo và dữ liệu nền quốc gia.
Hướng triển khai phù hợp với INTROFORD
INTROFORD có thể bắt đầu bằng một chương trình thí điểm quy mô kiểm soát tại một số suối rừng và điểm nước trong khu vực nghiên cứu, ưu tiên nhóm động vật có xương sống hoặc thủy sinh đã có dữ liệu hiện trường. Thiết kế nên so sánh trực tiếp eDNA với bẫy ảnh, ghi âm và điều tra truyền thống trong cùng cửa sổ thời gian để lượng hóa phần thông tin bổ sung.
Sản phẩm ban đầu cần tập trung vào quy trình thao tác chuẩn, bộ biểu mẫu chuỗi bàn giao, cấu trúc dữ liệu GIS, danh mục đối chứng và tiêu chí báo cáo. Hoạt động phòng thí nghiệm nên được thực hiện với đơn vị có năng lực về sinh học phân tử và hệ thống kiểm soát nhiễm; Viện giữ vai trò thiết kế sinh thái, tổ chức hiện trường, quản trị dữ liệu và diễn giải trong bối cảnh lâm nghiệp.
Khi đã có kết quả thí điểm, Viện có thể xây dựng bộ mẫu tham chiếu cho các nhóm ưu tiên, chương trình đào tạo lấy mẫu và mô hình giám sát tích hợp. Mục tiêu không phải chạy theo một công nghệ mới, mà là tạo thêm một dòng bằng chứng có thể kiểm tra, lặp lại và sử dụng đúng giới hạn để nâng chất lượng điều tra đa dạng sinh học rừng.
Tài liệu tham khảo
1. Thủ tướng Chính phủ. Quyết định 149/QĐ-TTg ngày 28/1/2022 phê duyệt Chiến lược quốc gia về đa dạng sinh học đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050. https://vanban.chinhphu.vn/?docid=205263&pageid=27160
2. Convention on Biological Diversity. Decision 15/5 and related monitoring framework for the Kunming-Montreal Global Biodiversity Framework. https://www.cbd.int/gbf/related
3. IUCN. Environmental DNA, Issues Brief, May 2024. https://iucn.org/resources/issues-brief/environmental-dna
4. U.S. Geological Survey. Environmental DNA (eDNA). https://www.usgs.gov/water-science-school/science/environmental-dna-edna
5. The eDNA Society. Environmental DNA Sampling and Experiment Manual, version information and protocols. https://ednasociety.org/en/manuals/
