Theo ước tính, sự nóng lên toàn cầu đang gây ra sự mất mát nhanh chóng của các loài thực vật, với khoảng 600 loài đã tuyệt chủng kể từ năm 1750. Số lượng này gấp đôi số loài động vật bị mất. Vậy loài nào bị ảnh hưởng nặng nề nhất? Sự thay đổi đa dạng sinh học thực sự ảnh hưởng đến sự tương tác giữa các loài thực vật như thế nào?
Các chuyên gia từ Viện Alfred Wegener đã tìm cách trả lời những câu hỏi này. Trong hai nghiên cứu gần đây, họ đã trình bày các phát hiện được lưu giữ trong quá khứ: bằng cách sử dụng các mảnh vật liệu di truyền thực vật (DNA) lắng đọng trong trầm tích hồ, họ đã thu được những hiểu biết mới về cách thành phần của hệ thực vật thay đổi từ 15.000 đến 11.000 năm trước, trong thời kỳ ấm lên vào cuối kỷ băng hà cuối cùng, được coi là sự kiện tuyệt chủng hàng loạt lớn cuối cùng trước ngày nay. Sự so sánh này có thể cung cấp manh mối về những gì có thể chờ đợi chúng ta trong tương lai. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.
"Mọi người đều biết rằng voi ma mút lông xoăn đã tuyệt chủng, nhưng hầu như không ai đề cập đến các loài thực vật đã biến mất vào cuối kỷ băng hà gần đây nhất. Cho đến gần đây, chúng ta thiếu các phương pháp phù hợp để điều tra chi tiết về sự tuyệt chủng của các loài thực vật. Việc sử dụng tàn tích thực vật hóa thạch, chủ yếu là phấn hoa, không cho phép xác định từng loài riêng lẻ và do đó không cung cấp bằng chứng về loài nào đã tuyệt chủng.
Bằng cách sử dụng các phương pháp tiên tiến, chúng tôi đã phân tích DNA cũ từ lõi trầm tích lấy từ các hồ ở Alaska và Siberia, cho phép tái tạo lại những thay đổi trong thảm thực vật ở những khu vực này. Các lõi chứa DNA bị phân mảnh từ sinh khối thực vật lắng đọng trong suốt 30.000 năm qua. Các chuyên gia đã làm giàu, giải trình tự và so sánh DNA này với các cơ sở dữ liệu tại các phòng thí nghiệm chuyên dụng dành cho DNA cũ." - Giáo sư Ulrike Herzschuh từ Viện Alfred Wegener, Trung tâm Nghiên cứu Helmholtz về Vùng Cực và Biển (AWI) cho biết.
Nhiệt độ có thể thay đổi cách thức tương tác của thực vật
"Chúng tôi hiện đã có thể xác định chi tiết thời điểm và địa điểm các loài xuất hiện và biến mất ở Alaska và Siberia. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy thành phần của các loài thực vật đã thay đổi đáng kể vào cuối kỷ băng hà gần đây nhất, đi kèm với những thay đổi cơ bản về điều kiện sinh thái. Các nhà nghiên cứu đã xác định được mối liên hệ giữa nhiệt độ và sự tương tác giữa các loài thực vật: trong thời kỳ khí hậu lạnh, các loài thực vật hỗ trợ lẫn nhau, trong khi trong thời kỳ ấm áp, chúng chủ yếu cạnh tranh. Trong DNA từ trầm tích hồ, chúng tôi phát hiện nhiều loài thực vật đệm, rất có thể đã hỗ trợ sự mở rộng của các loài khác bằng cách tạo ra môi trường sống được che chở. Điều này ảnh hưởng đến cả đa dạng sinh học và quy mô phong phú của hệ sinh thái." - Ulrike Herzschuh cho biết.
Ở vùng khí hậu ấm hơn, các loài thực vật thân gỗ chiếm ưu thế: "Ngày nay, chúng ta thấy rằng sự đa dạng thực vật suy giảm do sự di cư của cây cối và cây bụi vào các vùng lãnh nguyên, trong khi trong thời kỳ lạnh, sự đa dạng thực vật cao hơn lại chiếm ưu thế.
Điều đó cho chúng ta biết điều gì về sự thay đổi thảm thực vật ở vĩ độ cao, nơi mà các loài thực vật đệm vẫn đóng vai trò quan trọng ngày nay? Ở Bắc Cực ngày nay, đặc tính hỗ trợ này thực sự có thể đe dọa sự sống còn của chính chúng. "Vì sự nóng lên của Bắc Cực đã tiến triển khá xa, nên các loài thực vật thân gỗ có thể sống sót ngay cả ở vĩ độ cao. Các loài thực vật đệm có thể tạo điều kiện cho sự lan rộng của chúng, đẩy nhanh quá trình tuyệt chủng của chính chúng trong quá trình này".
Loài thực vật nào đặc biệt có nguy cơ?
Sự kết thúc của kỷ băng hà cuối cùng cũng khiến một số loại thảm thực vật biến mất hoàn toàn, các chuyên gia đã có thể xác nhận bằng các phương pháp mới của họ. Lấy thảo nguyên voi ma mút làm ví dụ: trong kỷ băng hà cuối cùng, loại thảm thực vật này đã lan rộng khắp Bắc bán cầu, chỉ để chết dần trong quá trình chuyển đổi sang kỷ nguyên hiện tại. Về vấn đề này, việc xác định các loài thực vật đã tuyệt chủng đặc biệt khó khăn. Để xác định các loài không còn tồn tại, chúng tôi phải sử dụng một thủ thuật. Thông thường, các loài được xác định dựa trên các đoạn DNA, được so sánh với các mục trong cơ sở dữ liệu di truyền. Nhưng các cơ sở dữ liệu này bao gồm thông tin về các loài thực vật ngày nay, không phải về các loài đã tuyệt chủng. Chúng tôi đã kiểm tra tất cả các đoạn DNA từ lõi của mình và sau đó sử dụng các mô hình thống kê để lọc ra những đoạn có điểm tương đồng rõ ràng với thực vật hiện đại, từng bước một." - Ulrike Herzschuh giải thích.
Điều này cũng cho phép các chuyên gia xác định loài nào có nguy cơ tuyệt chủng cao nhất trong thế giới ấm lên: cỏ và cây bụi có nguy cơ biến mất cao hơn các loài thực vật thân gỗ, có thể lan rộng hơn khi nhiệt độ tăng. Ngoài ra, các loài ở các khu vực có đa dạng sinh học cao thường có nguy cơ cao hơn so với các loài ít "đặc biệt" hơn. Một phát hiện đáng ngạc nhiên tỷ lệ tuyệt chủng đạt mức cao nhất vào đầu giai đoạn ấm hiện tại thường chậm hơn vài nghìn năm sau những thay đổi thực tế về môi trường. Điều đó có nghĩa là tác động đầy đủ của các hoạt động của con người ngày nay có thể không trở nên rõ ràng cho đến tương lai xa."
Kết quả của hai nghiên cứu cung cấp những hiểu biết cơ bản về cách những thay đổi về môi trường liên quan đến sự nóng lên ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và cơ chế nào đóng vai trò trung tâm trong vấn đề này. Do đó, lần đầu tiên các chuyên gia có thể xác định được tỷ lệ tuyệt chủng của thực vật, hiện có thể được sử dụng làm dữ liệu tham khảo để đánh giá tốt hơn những thay đổi đang diễn ra trong hệ sinh thái Bắc Cực. Các nghiên cứu của chúng tôi cho thấy tầm quan trọng của việc hiểu được đa dạng sinh học và các tương tác sinh thái, cũng như trong dài hạn, để dự đoán tốt hơn những tác động của biến đổi khí hậu. Sử dụng thông tin được lưu giữ trong DNA cũ từ trầm tích, chúng ta có thể có được kiến thức cơ bản cần thiết để làm như vậy." - Ulrike Herzschuh tóm tắt.
Sự liên quan đến Bắc Cực ngày nay
Kết quả của hai nghiên cứu cung cấp những hiểu biết cơ bản về cách những thay đổi môi trường liên quan đến sự nóng lên ảnh hưởng đến đa dạng sinh học, cũng như cơ chế nào đóng vai trò trung tâm trong vấn đề này. Nhờ đó, lần đầu tiên các chuyên gia có thể xác định tỷ lệ tuyệt chủng của thực vật, thông tin này hiện có thể được sử dụng làm dữ liệu tham khảo để đánh giá tốt hơn những thay đổi đang diễn ra trong hệ sinh thái Bắc Cực.
"Các nghiên cứu của chúng tôi cho thấy tầm quan trọng của việc hiểu rõ đa dạng sinh học và các tương tác sinh thái, cũng như trong dài hạn, để dự đoán tốt hơn những tác động của biến đổi khí hậu," Ulrike Herzschuh tóm tắt. "Sử dụng thông tin được lưu giữ trong DNA cũ từ trầm tích, chúng ta có thể thu được kiến thức cơ bản cần thiết để thực hiện điều này."
