Nghiên cứu eDNA tại Nhật Bản phát hiện 126 loài cá ở phía bắc hơn khi vùng biển ven bờ ấm lên

Khảo sát DNA trên toàn quốc lập bản đồ vùng biển đang biến đổi

Dấu vết DNA trong nước biển đã hé lộ 126 loài cá xuất hiện xa hơn về phía bắc dọc bờ biển Nhật Bản so với các ghi nhận trước đây, giúp các nhà nghiên cứu có cái nhìn chi tiết về những môi trường sống biển đang biến đổi. Nghiên cứu tổng hợp 2.672 mẫu được thu thập tại 316 địa điểm từ năm 2017 đến năm 2024, trong đó có gần 1.000 mẫu mới do các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) đóng góp.

Các phát hiện được công bố ngày 26 tháng 10 năm 2026 trên tạp chí Diversity and Distributions, bao gồm cá nục Nhật Bản và cá mú chấm đen có giá trị thương mại, cùng với cá dìa đen, loài bị nghi góp phần gây tổn hại các thảm rong biển. Với cộng đồng ven biển, những thay đổi này không chỉ ảnh hưởng đến các loài xuất hiện trong lưới đánh cá: chúng còn tác động đến những gì doanh nghiệp có thể bán, những món ăn gia đình có thể nấu và các sinh cảnh nuôi dưỡng nguồn lợi đánh bắt trong tương lai.

Cơ quan Thủy sản Nhật Bản đưa ra bối cảnh nhiệt độ đáng chú ý. Sách trắng thủy sản năm tài khóa 2024 cho biết nhiệt độ mặt nước biển quanh bờ biển Nhật Bản đã tăng với tốc độ 1,33 độ C mỗi thế kỷ trong khoảng 100 năm tính đến năm 2024. Năm đó ghi nhận nhiệt độ mặt nước biển ven bờ trung bình năm cao nhất từ trước đến nay.

Nghiên cứu của OIST, có tiêu đề Khảo sát eDNA trên toàn Nhật Bản lấp đầy khoảng trống dữ liệu và phát hiện các ghi nhận mới về cá ngoài phạm vi phân bố trên khắp Nhật Bản, sử dụng DNA môi trường, hay eDNA, để góp phần bổ sung kiến thức còn thiếu về phân bố của các loài cá. Phát hiện chính là bằng chứng cho thấy 126 loài có thể xuất hiện ngoài giới hạn phía bắc từng được ghi nhận, giúp các nhà nghiên cứu và nhà quản lý nghề cá xác định cụ thể loài và địa điểm cần tiếp tục khảo sát.

Nước biển tiết lộ sự hiện diện của những loài cá khó quan sát như thế nào

Cá để lại những dấu vết vật chất di truyền rất nhỏ trong vùng nước xung quanh. Các nhà nghiên cứu có thể thu thập nước biển, tách DNA rồi giải mã những đoạn mã di truyền được chọn. Sau đó, họ so sánh các trình tự này với thư viện tham chiếu để xác định loài có liên quan.

Có thể hình dung quy trình này như đối chiếu dấu vân tay với cơ sở dữ liệu. Nước biển chứa dấu vết, còn thư viện tham chiếu cung cấp danh tính đã biết. Một mẫu duy nhất có thể chứa DNA của nhiều loài, cho phép các nhà khoa học khảo sát quần xã cá mà không cần bắt hoặc nhìn thấy từng con.

Mồi MiFish, được phát triển tại Nhật Bản, giúp thực hiện quy trình này. Mồi là những đoạn DNA ngắn dùng để nhắm đến một vùng di truyền nhất định, để thiết bị phòng thí nghiệm có thể sao chép vùng đó phục vụ phân tích. Các trình tự tham chiếu là dữ liệu đối chiếu được dùng sau đó để xác định danh tính. Cần có cả hai để nhận diện đáng tin cậy.

Các nhà nghiên cứu mô tả đây là lần đầu tiên eDNA được áp dụng ở quy mô toàn quốc cho mục đích này. Phương pháp này bổ trợ cho những phương thức đã được thiết lập, trong đó có quan sát của tình nguyện viên, khảo sát thực địa, thu thập mẫu vật và dự đoán sinh cảnh phù hợp. Mỗi phương thức cung cấp thông tin khác nhau; chi phí, phạm vi bao phủ và mức độ bất định quyết định phương thức nào hữu ích nhất trong từng trường hợp.

Vì sao Nhật Bản có thể thực hiện khảo sát quy mô lớn như vậy

Ayşe Haruka Oshima Açıkbaş, tác giả chính của nghiên cứu và là cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ tại OIST, cho rằng đầu tư của Nhật Bản vào nghiên cứu DNA biển là nền tảng cho công trình này. Việc giải trình tự quy mô lớn các loài sinh vật biển địa phương đã mở rộng thư viện tham chiếu dùng để nhận diện cá.

Oshima Açıkbaş cũng đề cập đến cơ sở vật chất và các mối quan hệ hợp tác đã giúp thực hiện công tác lấy mẫu:

Chúng tôi có thể sử dụng mọi cơ sở vật chất cần thiết để giải trình tự DNA tại OIST, và quan trọng không kém là có mạng lưới các trạm nghiên cứu biển cùng nhân viên của họ trên khắp Nhật Bản để phối hợp,

Các ngư dân, cơ quan môi trường và nhà khoa học địa phương đã góp phần mở rộng phạm vi khảo sát dọc bờ biển. Việc kết hợp gần 1.000 mẫu mới của nhóm với các bộ mẫu trước đó đã mở rộng phân tích lên 2.672 mẫu từ 316 địa điểm riêng biệt.

Do đó, dự án phụ thuộc cả vào năng lực phòng thí nghiệm lẫn những người làm việc dọc bờ biển. Máy giải trình tự chỉ có thể nhận diện vật chất di truyền sau khi có người thu thập, xử lý và chuyển đến một mẫu phù hợp. Các trạm nghiên cứu biển hiện có đã giúp kết nối những công đoạn này trên một khu vực địa lý rộng lớn.

Ý nghĩa của 126 phát hiện ở phía bắc

Cá nục Nhật Bản, được xác định là D. maruadsi, và cá mú chấm đen, E. fasciatus, là hai trong số các loài có giá trị thương mại được phát hiện ngoài giới hạn phía bắc từng được ghi nhận. Việc đưa những loài này vào kết quả khảo sát tạo mối liên hệ trực tiếp với các loài có thể được đưa ra thị trường và mang lại sinh kế cho doanh nghiệp đánh bắt.

Cá dìa đen, S. fuscescens, lại gắn với một mối lo ngại khác. Loài này bị nghi góp phần làm mất các thảm rong biển do gây tổn hại khi kiếm ăn. Thuật ngữ tiếng Nhật isoyake chỉ tình trạng suy giảm hoặc biến mất của những thảm rong dưới nước, vốn cung cấp thức ăn và nơi cư trú cho các sinh vật biển khác.

Phân tích tổng hợp của khảo sát xác định hàng nghìn loài cá. Con số 126 chỉ những loài được phát hiện xa hơn về phía bắc so với các ghi nhận trước đó, chứ không phải toàn bộ mức độ đa dạng được tìm thấy trong các mẫu.

Thông tin nghiên cứu được công bố không nêu rõ các loài này xuất hiện xa hơn giới hạn cũ bao nhiêu, cũng như liệu từng loài đã hình thành quần thể địa phương lâu dài hay chưa. Những chi tiết đó rất quan trọng với các nhà quản lý ven biển khi quyết định nơi nào cần khảo sát lặp lại hoặc quan sát trực tiếp.

Nước biển ấm lên và dòng hải lưu dịch chuyển tạo nên bối cảnh

Sách trắng thủy sản của Nhật Bản mô tả một thay đổi rộng hơn đang ảnh hưởng đến sản lượng đánh bắt: các loài ưa nước ấm mở rộng môi trường sống và tuyến di cư về phía bắc, trong khi số lượng cá ưa nước lạnh, bao gồm cá hồi, di chuyển về phía nam vào vùng biển quanh Nhật Bản đang giảm.

Các dòng hải lưu cũng góp phần quyết định nơi hình thành những điều kiện ấm bất thường. Chính phủ cho biết đoạn uốn cong lớn của dòng Kuroshio, tức khúc ngoặt lớn trên lộ trình của dòng Kuroshio ấm, đã kéo dài từ năm 2017. Dòng Kuroshio nối dài về phía bắc, phần tiếp diễn của dòng hải lưu này chảy vào Thái Bình Dương, đã góp phần gây ra mức nhiệt kỷ lục ngoài khơi Sanriku từ mùa thu năm 2022.

Các mốc thời gian chính cho thấy thời kỳ lấy mẫu sinh học trùng với những thay đổi này như thế nào:

• 2017: Thời kỳ lấy mẫu bắt đầu, đồng thời đoạn uốn cong lớn của dòng Kuroshio bước vào giai đoạn kéo dài.
• Mùa thu năm 2022: Dòng Kuroshio nối dài dịch chuyển về phía bắc, góp phần gây ra mức nhiệt kỷ lục ngoài khơi Sanriku.
• 2024: Thời kỳ lấy mẫu kết thúc và Nhật Bản ghi nhận nhiệt độ mặt nước biển ven bờ trung bình năm cao nhất.
• Ngày 26 tháng 10 năm 2026: Nghiên cứu của OIST được công bố trên tạp chí Diversity and Distributions.

Số liệu nhiệt độ mô tả những thay đổi về điều kiện vật lý, còn các phát hiện về cá cho biết nơi tìm thấy dấu vết di truyền. Kết hợp lại, chúng giúp các nhà nghiên cứu xem xét quần xã sinh vật biển biến đổi ra sao dọc bờ biển chịu ảnh hưởng của cả xu hướng ấm lên dài hạn lẫn sự dịch chuyển của các dòng hải lưu lớn.

Vì sao sản lượng đánh bắt từ những loài chưa quen thuộc có thể bán rẻ hơn

Timothy Ravasi, trưởng đơn vị Biến đổi khí hậu biển của OIST và là tác giả cấp cao của nghiên cứu, cho biết các cộng đồng ngư dân đã chứng kiến những thay đổi trong sản lượng đánh bắt:

Ngư dân trên khắp Nhật Bản đã nhận thấy các loại cá họ đánh bắt được hiện nay khác với vài thập kỷ trước.

Ravasi mô tả những hệ quả đối với người dân có thể chưa quen mua, chế biến hoặc ăn các loài mới xuất hiện. Đồng thời, sự biến mất của những loài cá quen thuộc có thể khiến việc chế biến các món ăn mang ý nghĩa văn hóa hoặc lịch sử địa phương trở nên khó khăn hơn. Các doanh nghiệp đánh bắt cũng có thể cần thiết bị, kỹ thuật và kiến thức khác.

Cơ quan Thủy sản ghi nhận một vấn đề thương mại liên quan. Một số loài mới được đánh bắt bán với giá thấp vì người tiêu dùng địa phương chưa có thói quen ăn chúng và chưa có các kênh phân phối ổn định. Cá có thể hiện diện ngoài biển trong khi người mua, cơ sở chế biến và nhà bán lẻ vẫn chưa sẵn sàng xử lý chúng.

Chính phủ cho biết đang nỗ lực cải thiện khâu chế biến và phân phối sản lượng đánh bắt này, đồng thời khuyến khích tiêu thụ tại địa phương. Thách thức trên thực tế trải dài từ tàu cá đến bàn ăn: đánh bắt được loài thay thế mới chỉ là một bước trên con đường tạo ra nguồn thu nhập ổn định từ loài đó.

Mất thảm rong biển khiến sự dịch chuyển của cá ảnh hưởng đến các nghề cá khác

Thảm rong biển cho thấy rõ hơn những hệ quả sinh thái. Cơ quan Thủy sản cho biết nhiệt độ nước cao và tổn hại do cá ăn đã góp phần khiến các thảm rong suy giảm, kéo theo hệ quả đối với những loài phụ thuộc vào chúng làm nơi cư trú hoặc kiếm ăn.

Tôm hùm gai Nhật Bản và bào ngư là những sinh vật biển có sản lượng đánh bắt giảm khi các thảm rong này suy thoái. Vì vậy, những thay đổi liên quan đến cá ăn rong biển có thể ảnh hưởng đến các nghề cá khai thác những loài hoàn toàn khác.

Việc phát hiện cá dìa đen ngoài các ghi nhận trước đây ở phía bắc giúp các nhà nghiên cứu có thêm một loài cần theo dõi cùng với tình trạng các thảm rong biển địa phương. Theo dõi đồng thời loài cá và sinh cảnh có thể giúp chính quyền ven biển xác định những nơi áp lực ăn rong trùng với tình trạng nước ấm lên.

Với cộng đồng ngư dân, mối liên hệ này rất rõ ràng: thay đổi ở một mắt xích trong lưới thức ăn biển có thể ảnh hưởng đến nhiều loại sản lượng đánh bắt. Nếu chỉ theo dõi cá được bán ra thị trường, những thay đổi trong các sinh cảnh góp phần duy trì chúng sẽ không được tính đến.

Kết quả DNA đáng tin cậy đòi hỏi kiểm tra cẩn thận

Bộ Môi trường Nhật Bản giải thích ưu điểm và hạn chế của phương pháp trong hướng dẫn khảo sát DNA môi trường, tập trung vào cá nước ngọt và động vật lưỡng cư, đồng thời dựa trên kiến thức hiện có trong năm tài khóa 2024. Tài liệu cũng dẫn các ví dụ về môi trường biển cho thấy kỹ thuật này có thể phát hiện nhiều loài đến mức nào.

Một cuộc khảo sát cá ven biển trên toàn quốc được dẫn trong hướng dẫn đã phát hiện 1.220 loài thuộc 521 chi và 136 họ. Một đợt kiểm chứng tại thủy cung phát hiện 168 loài cá biển, chiếm hơn 90% số loài được nuôi trong các bể. Đây là những ví dụ riêng biệt về hiệu quả của phương pháp, với bối cảnh khảo sát và tổng số riêng.

Hướng dẫn yêu cầu kiểm tra kỹ danh sách loài. Nhiễm tạp trong quá trình xử lý mẫu hoặc làm việc trong phòng thí nghiệm có thể tạo ra dương tính giả, nghĩa là DNA bị xác định là của một loài không có tại địa điểm khảo sát. Âm tính giả xảy ra khi không phát hiện được loài thực sự có mặt tại địa điểm, trong đó có trường hợp DNA của loài đó không được các mồi nhận diện phù hợp.

Điều kiện tại địa phương cũng ảnh hưởng đến kết quả. Dòng chảy, hướng dòng nước, độ sâu, nhiệt độ, chất lượng nước và mật độ của loài mục tiêu đều có thể tác động đến khả năng phát hiện. Các chất có trong mẫu có thể cản trở PCR, quy trình trong phòng thí nghiệm được dùng để tạo đủ bản sao của DNA đã chọn phục vụ phân tích.

Đối với các khảo sát diện rộng nhằm xác định nhiều loài cùng lúc, hướng dẫn cho biết các nhà nghiên cứu không thể tính sinh khối của từng loài từ kết quả. Sinh khối là tổng khối lượng của các sinh vật sống. Vì vậy, bên cạnh bằng chứng DNA về phân bố loài, các nhà quản lý nghề cá cần những phép đo khác để đánh giá lượng cá hiện diện.

Từ bản đồ rộng hơn đến quyết định tốt hơn

Oshima Açıkbaş và các đồng nghiệp đặt mục tiêu phát triển những mô hình dự đoán giải thích cách thức và lý do DNA xuất hiện tại những địa điểm cụ thể. Các mô hình này sẽ giúp nhà nghiên cứu liên hệ quá trình phát hiện với những điều kiện biển tác động đến quá trình đó.

Thư viện tham chiếu lớn hơn và việc lấy mẫu lặp lại có thể giúp những lần so sánh sau này hữu ích hơn. Bộ sưu tập dữ liệu ngày càng mở rộng tạo thêm cơ hội để các nhà khoa học theo dõi biến đổi tại cùng một địa điểm, kiểm tra những phát hiện bất thường và xác định khu vực cần khảo sát thực địa kỹ hơn.

Bộ Môi trường khuyến nghị kết hợp eDNA với khảo sát trực quan và đánh bắt truyền thống để thu thập thêm thông tin. Cách tiếp cận này phù hợp với những quyết định mà Nhật Bản cần đưa ra cho vùng duyên hải: theo dõi cá mới xuất hiện ở đâu, ứng phó thế nào với tình trạng mất thảm rong biển và hỗ trợ doanh nghiệp đánh bắt thích nghi ra sao với sản lượng đang thay đổi.

Nghiên cứu của OIST cung cấp bản đồ khởi đầu có phạm vi rộng. Giá trị của nghiên cứu đối với hoạch định chính sách nằm ở việc kết nối bản đồ đó với số liệu nhiệt độ, khảo sát sinh cảnh và kinh nghiệm của cộng đồng ngư dân, để các biện pháp ứng phó phản ánh cả biến đổi sinh thái lẫn nhu cầu thực tế của những người làm việc trên biển.

Điểm chính

• Các nhà nghiên cứu OIST tìm thấy bằng chứng DNA của 126 loài cá ở phía bắc hơn so với vị trí trong các ghi nhận trước đây.
• Phân tích tổng hợp 2.672 mẫu được thu thập tại 316 địa điểm từ năm 2017 đến năm 2024.
• Cá nục Nhật Bản, cá mú chấm đen và cá dìa đen nằm trong số những loài được xác định ngoài giới hạn phía bắc từng ghi nhận.
• Nhật Bản ghi nhận nhiệt độ mặt nước biển ven bờ trung bình năm cao nhất vào năm 2024.
• Sản lượng đánh bắt gồm các loài chưa quen thuộc có thể bán với giá thấp hơn ở nơi thiếu nhu cầu tiêu dùng và mạng lưới phân phối.
• Kiểm tra cẩn thận trong phòng thí nghiệm và khảo sát truyền thống giúp biến các phát hiện DNA thành thông tin hữu ích cho quản lý nghề cá và sinh cảnh.