Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Thiết bị di động giúp dễ dàng dự đoán và kiểm soát hiện tượng tảo nở hoa gây hại (04/10/2018)

Trong 10 năm qua, hiện tượng nở hoa của tảo độc tăng đột biến trong quần thể tảo, điển hình là tại các vùng ven biển và hệ thống nước ngọt, đã đe dọa nghiêm trọng đến sinh vật biển trên khắp đất nước Hoa Kỳ. Nguyên nhân là do thực vật phù du sản sinh tự nhiên chất độc sinh học không chỉ gây ảnh hưởng đến cá và thực vật thủy sinh, mà cả động vật có vú, chim và con người sống gần những khu vực đó.

Ảnh: University of California, Los Angeles.

Theo Cơ quan Khí quyển và Đại dương quốc gia, tình trạng tảo nở hoa đã trở nên phổ biến hơn và diễn ra tại nhiều khu vực trên thế giới hơn bao giờ hết. Khả năng dự báo tảo nở hoa gây hại và vị trí của chúng, kích thước và mức độ nghiêm trọng có thể giúp các nhà khoa học ngăn chặn các tác động nguy hiểm của chúng. Nhưng khó dự đoán thời điểm và nơi hiện tượng này sẽ xảy ra. Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học California đã chế tạo được một thiết bị rẻ tiền và di động với khả năng phân tích các mẫu nước ngay tức thì, sẽ cung cấp cho các nhà sinh học biển hiểu biết sâu sắc về khả năng tình trạng tảo nở hoa xuất hiện trong các khu vực họ đang thử nghiệm. Điều đó sẽ cho phép các cán bộ quản lý vùng ven biển đưa ra quyết định nhanh chóng và sáng suốt hơn như đóng cửa các bãi biển trước khi nở hoa tảo gây thiệt hại nghiêm trọng.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra máy đếm tế bào theo dòng (flow cytometer) (công nghệ laser được sử dụng để đếm và phân loại tế bào, phát hiện các chỉ dấu sinh học và protein biến đổi), phát hiện và đo lường tính chất vật lý và hóa học của các vật thể nhỏ trong một mẫu dựa vào hình ảnh ba chiều và trí tuệ nhân tạo. Thiết bị có thể nhanh chóng phân tích thành phần của các loài sinh vật phù du khác nhau trong vài giây, nhanh hơn nhiều so với phương pháp tiêu chuẩn hiện nay, bao gồm lấy mẫu nước theo cách thủ công và phân tích chúng qua vài bước.

Mối đe dọa do tảo nở hoa đang ngày càng tăng, một phần là do nhiệt độ nước biển cao hơn do biến đổi khí hậu và một phần bởi hàm lượng chất dinh dưỡng cao (chủ yếu là phốt-pho, nitơ và cacbon) từ phân bón sử dụng cho đồng cỏ và đất nông nghiệp.

Các hợp chất độc hại được sản sinh bởi tảo nở hoa có thể làm cạn kiệt oxy từ mặt nước và ngăn chặn ánh nắng mặt trời chiếu xuống cá và thực vật thủy sinh, khiến cho chúng chết hoặc di cư đi nơi khác. Ngoài ra, cá và động vật hoang dã gần đó thậm chí có thể ăn độc tố; và trong một số trường hợp hiếm hoi, nếu chúng gần đến lúc nở hoa, con người hít phải có thể bị ảnh hưởng đến hệ thần kinh, não, gan và cuối cùng dẫn đến tử vong.

Các nhà khoa học đã cố gắng để tìm hiểu hiện tượng này thông qua lấy mẫu bằng tay và sử dụng kính hiển vi quang học truyền thống, mà họ sử dụng để lập bản đồ có độ phân giải cao cho thấy một thành phần thực vật phù du trong khu vực đó trong thời gian dài. Để lập các bản đồ này, kỹ thuật viên phải thu thập mẫu nước bằng tay bằng lưới thu gom sinh vật phù du và sau đó đưa chúng vào phòng thí nghiệm để phân tích. Quá trình này đang gặp khó khăn một phần là vì nồng độ và thành phần của tảo trong một thủy vực nhất định có thể thay đổi nhanh ngay cả trong thời gian cần để phân tích mẫu.

Thiết bị mới có thể tăng tốc toàn bộ quá trình này vì không sử dụng ống kính hoặc các thành phần quang học khác. Thiết bị thực hiện các thử nghiệm với chi phí thấp hơn nhiều và có thể chụp hình các mẫu tảo và có khả năng quét nhiều loại chất bằng cách sử dụng kỹ thuật ảnh toàn ký và trí tuệ nhân tạo. Các thiết bị hiện được sử dụng trong vi sinh môi trường có giá thành từ 40.000 đến 100.000 USD, đã hạn chế việc sử dụng rộng rãi. Thiết bị của UCLA nhỏ gọn và nhẹ, có thể được lắp ráp từ các bộ phận với chi phí chưa đến 2.500 USD. Tuy nhiên, thách thức mà các nhà nghiên cứu phải vượt qua là đảm bảo rằng thiết bị sẽ có đủ ánh sáng để tạo ra những hình ảnh đủ chất lượng ánh sáng với tốc độ cao mà không có sự xuất hiện của chuyển động mờ.

"Nó tương tự như chụp một chiếc xe đua công thức 1", Aydogan Ozcan, trưởng nhóm nghiên cứu nói. "Người quay cần tiếp xúc rất ngắn để tránh hiệu ứng nhòe chuyển động. Trong trường hợp của chúng tôi, có nghĩa là sử dụng một nguồn xung ánh sáng với chiều dài xung khoảng một phần nghìn thời gian của 1 lần chớp mắt".

Để kiểm tra thiết bị, các nhà khoa học đã đo các mẫu nước biển dọc theo bờ biển Los Angeles và thu được hình ảnh về thành phần thực vật phù du trong đó. Họ cũng đo nồng độ của loại tảo độc hại có tên là Pseudo-nitzschia dọc theo sáu bãi biển công cộng trong khu vực này. Các số đo của các nhà nghiên cứu tại UCLA có thể sánh ngang với số đo trong nghiên cứu gần đây của Chương trình Giám sát độc tố sinh học biển của Sở Y tế công cộng California.

Nguồn: N.P.D (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 02/10/2018