Mối liên hệ giữa phản xạ quang phổ lá và biểu hiện gen: Bước tiến mới trong giám sát sức khỏe rừng từ không gian

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Notre Dame đã đạt được một bước đột phá quan trọng khi xác định được mối tương quan trực tiếp giữa khả năng phản xạ quang phổ của tán lá và sự biểu hiện của các gen cụ thể trong thực vật. Công trình khoa học này, được công bố trên tạp chí uy tín Nature: Communications Earth & Environment, đã mở ra một hướng đi mới trong việc sử dụng dữ liệu phân tích quang phổ từ vệ tinh để thu thập thông tin về trạng thái phân tử của hệ thực vật. Điều này mang lại tiềm năng to lớn trong việc phát hiện sớm các dấu hiệu căng thẳng (stress) ở cây cối, thậm chí là từ rất lâu trước khi những biểu hiện suy giảm sức khỏe có thể quan sát được bằng mắt thường.

Nghiên cứu được thực hiện dựa trên các mẫu lá của loài phong đường (Acer saccharum) và phong đỏ (Acer rubrum) tại các khu rừng thuộc miền Bắc Wisconsin và Bán đảo Thượng của Michigan. Nathan Swenson, nhà nghiên cứu dẫn đầu và là Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Môi trường của Đại học Notre Dame (UNDERC), cho biết nhóm đã tìm thấy những mối liên hệ chặt chẽ giữa các bước sóng ánh sáng phản xạ cụ thể và các gen liên quan đến phản ứng với hạn hán cũng như sự tương tác với sâu bệnh. Kết quả phân tích chỉ ra rằng hơn một nửa số gen được nghiên cứu có sự tương quan rõ rệt với các đặc tính quang phổ nhất định, cho phép các nhà khoa học tạo ra một "dấu vân tay" phân tử độc bản cho từng trạng thái sinh lý của cây.

Phương pháp luận mới này mở ra khả năng giám sát hệ sinh thái rừng ở quy mô bộ gen thông qua các cảm biến hiện đại được đặt trên các nền tảng như Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), một nỗ lực được hỗ trợ tài chính bởi NASA. Trong khi các phương pháp lấy mẫu truyền thống và phân tích di truyền học vẫn còn rất tốn kém và mất nhiều thời gian khi triển khai trên diện rộng, công nghệ viễn thám giờ đây có thể cung cấp dữ liệu với độ sâu và độ chi tiết cao hơn nhiều. Nghiên cứu này đóng vai trò bổ trợ quan trọng cho các sứ mệnh không gian hiện có, chẳng hạn như dự án GEDI đang hoạt động trên ISS để lập bản đồ sinh khối, bằng cách bổ sung thêm một tầng hiểu biết sâu sắc ở cấp độ phân tử.

Việc tích hợp các dữ liệu quang phổ này với các bản đồ thành phần loài cây hiện có, vốn dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI), cho phép xây dựng các hồ sơ toàn diện cho từng cá thể cây rừng. Sự kết hợp này tạo điều kiện cho các biện pháp can thiệp kịp thời và có mục tiêu khi phát hiện các dấu hiệu suy thoái sức khỏe rừng, một yếu tố then chốt để duy trì sinh khối và cân bằng carbon toàn cầu. Phương pháp mới giúp chuyển đổi từ việc chỉ đơn thuần ghi chép các đặc tính vật lý sang việc đánh giá các quá trình phân tử cốt lõi, vốn là nền tảng cho khả năng phục hồi của rừng trước các tác nhân gây căng thẳng như biến đổi khí hậu, hạn hán và sự tấn công của sâu bệnh.

Sự chuyển dịch sang giám sát dựa trên phân tử thông qua dữ liệu vệ tinh đánh dấu một kỷ nguyên mới trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và bảo tồn môi trường. Thay vì chờ đợi cho đến khi các cánh rừng chuyển sang màu nâu hoặc rụng lá do kiệt sức, các nhà lâm nghiệp và nhà khoa học giờ đây có thể chủ động "đọc" được những tín hiệu di truyền từ không gian để hiểu rõ hơn về sức sống nội tại của cây. Công nghệ này không chỉ giúp bảo vệ đa dạng sinh học mà còn tối ưu hóa các nỗ lực bảo tồn trong bối cảnh môi trường toàn cầu đang biến đổi nhanh chóng, đảm bảo rằng các hệ sinh thái rừng tiếp tục đóng vai trò là lá phổi xanh và bể chứa carbon hiệu quả cho hành tinh.