Phát hiện sớm suy giảm sức khỏe rừng là bước then chốt để can thiệp kịp thời, đặc biệt ở những vùng dễ cháy. Lấy mẫu truyền thống trên mặt đất mất thời gian khi phải bao phủ cả khu rừng, và các phương pháp giải trình tự gen hiện đại có thể tốn kém ở quy mô lớn. Viễn thám từ máy bay hoặc vệ tinh cung cấp phạm vi rộng, nhưng thường thiếu khả năng cho thông tin đủ sớm hoặc đủ chi tiết để phát hiện căng thẳng sinh lý.
Một nghiên cứu do các nhà khoa học tại Đại học Notre Dame thực hiện và được NASA tài trợ đã tìm thấy mối liên hệ giữa phản xạ quang phổ của lá và hoạt động gen. Công trình, được công bố trên Nature: Communications Earth & Environment, do Nathan Swenson — Giám đốc Gillen của Trung tâm Nghiên cứu Môi trường Đại học Notre Dame (UNDERC) và là tác giả chính — dẫn dắt. Nhóm nghiên cứu đo phản xạ quang phổ, tức tỷ lệ giữa ánh sáng phản xạ và ánh sáng tới ở bước sóng nhìn thấy và cận hồng ngoại, trên bề mặt lá và phân tích biểu hiện gen từ cùng những lá đó. Họ thu mẫu lá của hai loài cây phổ biến (sugar maple và red maple) tại các điểm khảo sát UNDERC ở miền bắc Wisconsin và Vùng Cao bán đảo phía Bắc Michigan, ghi lại phản xạ cho từng lá rồi bảo quản mẫu để phân tích gen.
Phần phân tích gen tập trung vào những gen liên quan đến phản ứng với nước, hạn hán, quang hợp và tương tác với vật hại hoặc yếu tố gây bệnh. Hơn một nửa số gen được phân tích cho thấy mối tương quan mạnh với các bước sóng phản xạ cụ thể; nói cách khác, lá có biểu hiện một gen nhất định thường thể hiện một dấu hiệu quang phổ đặc trưng. Swenson lưu ý rằng kết quả có thể cho phép dự đoán hàng trăm đến hàng nghìn gen có ý nghĩa sinh thái chỉ từ dữ liệu phản xạ.
Để mở rộng quy mô, Swenson dẫn ra một nghiên cứu năm 2024 trên PLOS Biology, vốn kết hợp ảnh vệ tinh và trí tuệ nhân tạo để lập bản đồ loài cây cho Mạng Quan sát Sinh thái Quốc gia (NEON). Khi bản đồ loài được ghép với mô hình giữa phản xạ và biểu hiện gen, các nhà nghiên cứu có thể lập bản đồ hoạt động gen trên toàn rừng bằng máy bay, vệ tinh hoặc cảm biến trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. Mục tiêu là đánh giá nhanh quy mô gen của căng thẳng cây để can thiệp trước khi sức khỏe rừng chạm tới điểm khủng hoảng.
Từ khó
- phản xạ quang phổ — tỷ lệ ánh sáng trả lại so với ánh sáng chiếu tớiphản xạ
- biểu hiện — mức độ hoạt động của gen trong mẫubiểu hiện gen
- viễn thám — kỹ thuật dùng ảnh từ xa để thu dữ liệu
- căng thẳng sinh lý — tình trạng cây chịu áp lực về chức năng sinh học
- lập bản đồ — tạo bản đồ thể hiện phân bố hoặc dữ kiện
- quy mô — kích thước hoặc phạm vi của một hoạt động
Mẹo: di chuột, dùng phím Tab hoặc chạm vào các từ được tô sáng trong bài để xem định nghĩa nhanh ngay khi bạn đọc hoặc nghe.
Câu hỏi thảo luận
- Lợi ích và hạn chế khi dùng dữ liệu phản xạ quang phổ để dự đoán biểu hiện gen là gì? Hãy nêu ít nhất một lợi ích và một hạn chế.
- Việc ghép bản đồ loài với mô hình phản xạ–biểu hiện gen có thể thay đổi cách quản lý rừng như thế nào?
- Nếu bạn là người quản lý rừng, bạn sẽ ưu tiên sử dụng công nghệ nào (lấy mẫu mặt đất, giải trình tự gen, viễn thám) để phát hiện sớm vấn đề sức khỏe rừng? Tại sao?
Bài viết liên quan
Thu ADN cá hồi từ không khí để theo dõi di cư
Các nhà nghiên cứu ở Washington thu ADN cá hồi Coho từ không khí trong mùa di cư và so sánh dữ liệu với số đếm bằng mắt của trại nuôi. Kết quả cho thấy eDNA không khí biến đổi theo xu hướng di cư và có thể chỉ ra vị trí cùng mật độ tương đối của cá.
Giám sát không khí thời gian thực bằng AI và cảm biến ở Nam Phi
Các nhà khoa học ở Nam Phi dùng phương pháp từ vật lý hạt để theo dõi chất lượng không khí thời gian thực. Hệ thống AI_r kết hợp cảm biến IoT chi phí thấp và trí tuệ nhân tạo, đang thử nghiệm ở Soweto và mở rộng tới Sedibeng.
