Sự chênh lệch về tốc độ này đang tàn phá những hệ sinh thái quan trọng nhất hành tinh, từ những rặng thông đỏ khổng lồ ở California cho đến những thảm cỏ biển ven bờ, nơi vốn là "kho báu" lưu trữ carbon khổng lồ và là mái nhà của mạng lưới sinh vật phức tạp.
Sóng nhiệt đại dương, những trận cháy rừng kỷ lục, và việc phát triển vùng ven biển đang đẩy các hệ sinh thái này đến giới hạn, trong khi biến đổi khí hậu do khí thải hóa thạch ngày càng diễn biến phức tạp. Theo báo cáo năm 2019 của một tổ chức khoa học thuộc Liên Hợp Quốc, có khoảng 1 triệu loài đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng, nhiều loài chỉ còn vài thập kỷ, và nguyên nhân chính là do các hoạt động của con người như tàn phá môi trường sống, ô nhiễm và khai thác tài nguyên quá mức.
Để lấp đầy khoảng trống này, các nhà khoa học đang đặt kỳ vọng vào một lĩnh vực mới nổi mang tên Di truyền học bảo tồn (Conservation Genomics). Bằng cách giải mã toàn bộ bản đồ gene của sinh vật, họ có thể tìm ra những cá thể sở hữu đặc tính vượt trội để chống chọi với hạn hán, dịch bệnh và các hiện tượng thời tiết cực đoan, từ đó đưa ra được các định hướng cho công cuộc phục hồi thiên nhiên.
San hô là một trong những hệ sinh thái đầu tiên áp dụng công cụ di truyền này. Những đợt sóng nhiệt liên tục gây ra tình trạng tẩy trắng hàng loạt đã tàn phá các rặng san hô trên toàn cầu. Nhờ giải mã gene của san hô và các loại tảo cộng sinh, các nhà nghiên cứu đã xác định được những quần thể có khả năng chịu nhiệt tự nhiên, từ đó thử nghiệm việc nhân giống chọn lọc để giúp các rặng san hô hồi sinh bền vững hơn.
Tại bang Nam California, khi các phương pháp phục hồi thông thường không còn hiệu quả, các nhà khoa học tiến hành thử nghiệm một phương pháp mới với cỏ lươn, một loại cỏ biển đặc biệt. Loại cỏ này đóng vai trò như một ngôi nhà chung cho tôm, cá và là nguồn thức ăn của chim di cư. Đặc biệt, chúng còn giúp bảo vệ môi trường bằng cách giữ chặt các loại khí gây nóng lên toàn cầu sâu dưới đáy biển.
Tuy nhiên, điều kiện tại các vịnh ở thành phố San Diego đang biến đổi theo chiều hướng xấu. Nước ấm dần lên, các đợt thủy triều cực đại xuất hiện thường xuyên và dữ dội hơn do biến đổi khí hậu, làm xáo trộn trầm tích và ngăn cản ánh sáng truyền tới đáy biển. Bên cạnh đó, các hoạt động phát triển đô thị cũng đẩy nước thải đổ về vịnh, khiến nguồn nước ngày càng đục ngầu. Hệ quả là các nỗ lực trồng lại cỏ biển thất bại tới 50%.
"Di truyền học bảo tồn đang trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Một cây cỏ từng phát triển tốt ở vịnh San Diego, nay có thể chết vì nước quá nóng", Giáo sư Todd Michael từ Viện Nghiên cứu Sinh học Salk cho biết.
Tại vịnh Mission, giáo sư Michael cùng các đồng nghiệp đã tìm thấy một tia hy vọng về giống cỏ lươn lai tự nhiên, có khả năng sinh tồn vượt trội hơn hẳn các loài bố mẹ. Giống cây này là kết quả lai giữa loài cỏ lươn vùng nước nông (Zostera marina) và loài vùng nước sâu (Zostera pacifica), giúp nó trụ vững ở những nơi mà cả hai loài gốc đều đang chật vật.
Bằng cách giải mã bộ gene, nhóm nghiên cứu xác định được các gene liên quan đến đồng hồ sinh học của cây. Những gene này hoạt động lâu hơn trong điều kiện thiếu sáng, giúp cây quang hợp hiệu quả hơn ngay cả khi nước đục.
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc phục hồi có thể được cải thiện bằng cách chọn lọc hoặc lai tạo các loài cỏ biển phù hợp hơn với điều kiện trong tương lai. Tuy nhiên, cho đến hiện tại, công việc này vẫn chủ yếu mang tính thử nghiệm và chưa được triển khai trên quy mô lớn ngoài thực địa. Nhóm nghiên cứu đang hợp tác với Viện Hải dương học Scripps để tìm hiểu cách áp dụng những hiểu biết này vào công tác phục hồi trong tương lai.
Áp dụng công nghệ di truyền để cứu rừng thông đỏ Bắc California
Thông đỏ là một trong những loài cây cao nhất và sống thọ nhất hành tinh. Theo nghiên cứu năm 2020 của tổ chức Save the Redwoods League và Đại học Humboldt State, các rừng thông đỏ có khả năng lưu trữ carbon trên mỗi mẫu Anh lớn hơn bất kỳ loại rừng nào khác trên thế giới.
Dù loài cây này vốn đã tiến hóa để thích nghi với những trận hỏa hoạn cường độ thấp, nhưng những trận cháy rừng kinh hoàng và khô hạn kỷ lục ngày nay đang gây ra những tổn thất ngày càng nghiêm trọng. Tuy nhiên, khai thác gỗ mới là thứ để lại hậu quả nặng nề nhất, khoảng 95% rừng thông đỏ cổ thụ đã bị đốn hạ, làm suy giảm nghiêm trọng sự đa dạng di truyền của loài này.
Các nhà khoa học đã hoàn thành việc giải mã bộ gene của thông đỏ, một dự án khổng lồ bởi bộ gene của chúng lớn gấp 9 lần bộ gene người. Tuy nhiên, mục tiêu của nghiên cứu không chỉ là phục hồi lại những gì đã mất, mà là chuẩn bị cho các cánh rừng khả năng chống chọi với kiểu khí hậu khắc nghiệt chưa từng có trong quá khứ.
"Một sinh vật từng thích nghi hoàn hảo với một vùng đất trong quá khứ, nay có thể không còn phù hợp. Chúng cần những biến đổi di truyền mới để có thể sinh tồn trong môi trường hiện tại", Giáo sư David Neale từ Đại học California nhận định.
Các phân tích bước đầu đã tìm ra mối liên hệ giữa các gene với những đặc tính như khả năng chịu hạn và thích nghi nhiệt độ. Tuy nhiên, giới nghiên cứu cho biết cần có thêm những thử nghiệm khắt khe hơn để khẳng định các mối liên hệ này trước khi áp dụng vào thực tế. Hiện tại, công việc này đang bị đình trệ do thiếu hụt nguồn vốn.
Di truyền học bảo tồn không thể giải quyết biến đổi khí hậu
"Di truyền học bảo tồn có thể hữu ích, nhưng bản thân nó không phải là một giải pháp hoàn chỉnh. Ưu tiên hàng đầu vẫn phải là cắt giảm lượng khí thải nhà kính", Giáo sư Karen Holl từ Đại học California nhấn mạnh.
Các công cụ di truyền có thể hỗ trợ những loài sống lâu năm như thông đỏ, nhưng giải pháp này vẫn có những giới hạn nhất định. Một hệ sinh thái được xây dựng dựa trên mạng lưới quan hệ phức tạp giữa thực vật, động vật, vi sinh vật và nấm. Việc tạo ra khả năng chống chịu cho một loài đơn lẻ không thể bảo đảm sự sống còn cho vô số loài khác đang phụ thuộc vào nó.
"Chúng ta có thể tạo ra vài loài chịu đựng tốt hơn, nhưng đó không phải là một hệ sinh thái. Chúng ta không thể dùng công nghệ để tránh biến đổi khí hậu", Giáo sư Holl khẳng định.
