Chào mừng đến với vũ trụ nhện: Thế giới được đo lường qua những sợi tơ

Việc đếm số lượng sinh vật xung quanh chúng ta đóng vai trò then chốt trong hàng loạt nỗ lực bảo tồn. Nó giúp các nhà khoa học đánh giá đa dạng sinh học, theo dõi di cư và phát hiện các loài xâm lấn. Tuy nhiên, công việc kiểm kê này thường đòi hỏi con người phải tự tay thống kê những gì họ nhìn thấy, bẫy được hoặc cảm nhận được — một quá trình tốn công sức, chi phí cao và vẫn có thể bỏ sót nhiều dữ liệu.

Nhưng những phát triển trong thập kỷ qua đã cách mạng hóa việc giám sát sinh thái. Các nhà sinh vật học đã khai thác công nghệ giải trình tự gene để phân tích DNA môi trường (eDNA) — vật chất di truyền do sinh vật thải ra. Các mẫu thu thập từ phân, đất, nước và không khí đã mở ra một hướng tiếp cận mới giúp các nhà khoa học theo dõi các loài có nguy cơ tuyệt chủng và phát hiện loài xâm lấn trước khi bất kỳ ai kịp nhìn thấy chúng.

Mạng nhện: Mỏ vàng eDNA mới

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một "mỏ vàng eDNA" thực sự: mạng nhện. Chất tơ tự nhiên dính này không chỉ giữ lại vật chất từ chính loài nhện tạo ra nó, mà còn giữ cả mảnh vụn từ bữa ăn của chúng và, quan trọng hơn, các tạp chất sinh học như nước bọt và phấn hoa từ các loài động thực vật lân cận.

"Đây có lẽ là một trong những bề mặt thu mẫu tốt nhất mà chúng tôi từng thử nghiệm cho đến nay" — Joshua Newton, nhà sinh thái học phân tử tại Đại học Curtin, Perth, Australia, người đã lấy mẫu từ hoa, dòng suối, hốc cây chết và thậm chí cả bộ lọc trên ô tô đang chạy để nghiên cứu quần thể động vật có xương sống.

Newton gần đây đã so sánh sự đa dạng sinh học trong mạng nhện với các nguồn khác — bao gồm tăm bông thảm thực vật, nước, đất và một chiếc quạt gắn bộ lọc — tại một vườn thú và khu bảo tồn động vật hoang dã ngoài Perth. Mỗi phương pháp đều có thế mạnh riêng: Tăm bông thực vật cho thấy nhiều động vật có vú sống trong rừng hơn, còn mẫu nước xác định được nhiều loài cá hơn. Nhưng không một công cụ thụ động nào có thể sánh được với khả năng xác định động vật có xương sống của mạng nhện, lặp lại kết quả từ một nghiên cứu tương tự được thực hiện tại Pháp.

Vấn đề nan giải: Phá hủy mạng để thu thập dữ liệu

Vấn đề nan giải ở đây là: Để thu thập dữ liệu có ý nghĩa, các nhà khoa học đã phải phá hủy khoảng 40 mạng nhện.

"Điều này dường như đi ngược lại mọi nỗ lực của chúng tôi nếu chúng tôi đang thu thập nơi ở của một sinh vật" — Newton chia sẻ.

May mắn thay, nghiên cứu của ông đã thu hút sự chú ý của Angela McGaughran, một nhà điện toán gen tại Đại học Waikato của New Zealand. Bà đã mua một túi mạng nhện giả từ cửa hàng Halloween địa phương, quấn vào vài móc áo và treo chúng bên ngoài. Kết quả thật bất ngờ: Chất liệu tổng hợp này đã giữ lại eDNA từ bò và cừu gần đó, cũng như từ các loài chim kỳ lạ tại một trại nuôi chim cảnh gần đó.

Mạng nhện nhân tạo: Hướng đi tương lai

Điều thú vị hơn nữa, mạng nhện giả còn phát hiện được bào tử nấm tốt hơn cả mạng nhện thật — một lợi ích lớn cho các nhà nghiên cứu bệnh học thực vật đang theo dõi các mối đe dọa nông nghiệp. Nhóm nghiên cứu của bà hiện đang phát triển các thí nghiệm quy mô lớn hơn để xem liệu mạng nhện nhân tạo có thể trở thành một cách rẻ tiền và cực kỳ hiệu quả để mô phỏng siêu năng lực thu giữ DNA của mạng nhện ở mọi nơi hay không.

Ý nghĩa đối với nghiên cứu sinh thái

Phương pháp mới này mở ra triển vọng to lớn cho việc giám sát môi trường trên toàn cầu. Thay vì phải triển khai đội ngũ nhân viên tốn kém đến các vùng xa xôi, các nhà khoa học có thể sử dụng mạng nhện nhân tạo — loại vật liệu rẻ tiền, có thể mua dễ dàng — để thu thập dữ liệu đa dạng sinh học liên tục. Điều này đặc biệt hữu ích cho các khu vực nhiệt đới như Việt Nam, nơi có hệ sinh thái phong phú nhưng việc khảo sát truyền thống gặp nhiều khó khăn do địa hình hiểm trở và nguồn lực hạn chế.

Nghiên cứu này không chỉ giúp theo dõi các loài có nguy cơ tuyệt chủng mà còn hỗ trợ phát hiện sớm các loài ngoại lai xâm nhập — một mối đe dọa ngày càng lớn đối với nông nghiệp và hệ sinh thái bản địa tại nhiều quốc gia đang phát triển.