Neil Gemmell ha un piano segreto per trovare dove si trova Nessie il mostro di Loch Ness.
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No, davvero, ci ha pensato. Se c'è qualcosa di grosso e strano che vive nel lago, sarebbe gettare via cellule piene di DNA come qualsiasi altra cosa. Probabilmente molto. E anche se non abbiamo alcun DNA-dino nella biblioteca di riferimento per controllare i campioni, Gemmell, un professore di genomica all'Università di Otago in Nuova Zelanda, dice che sappiamo abbastanza su come dovrebbe essere per dire se c'è un plesiosauro che vive nell'odierna Scozia.
Tutto ciò di cui hai bisogno, quindi, è un modo per determinare se c'è del DNA del plesiosauro che galleggia in quelle profondità acquose. Inserisci eDNA. No, non è la versione elettronica del DNA. In parole povere, eDNA è ciò che gli scienziati chiamano qualsiasi materiale genetico acquisito dall'ambiente piuttosto che dalla creatura stessa. E mentre l'eDNA si può trovare tecnicamente nascosto nel suolo o nell'aria, l'acqua è un mezzo particolarmente utile perché può essere facilmente raccolto, filtrato e ridotto.
Raccogli un bicchiere d'acqua dal ruscello del cortile e mantienilo alla luce. Quelle acque fangose e vorticose sono piene di tracce invisibili di vita. Dinky stagno di pesci rossi al centro commerciale alle onde che lambiscono la riva del mare, ogni specchio d'acqua è un impasto di cellule abbandonate. Inoltre, gli scienziati hanno recentemente escogitato metodi con cui possono setacciare le sequenze di DNA in quella sospensione per distinguere tra un granchio blu, una balena blu o persino un mostro di Loch Ness, senza mai fissare un occhio sull'animale stesso.
Per essere abbondantemente chiaro, Gemmell non sta scommettendo sulla possibilità di trovare un plesiosauro a Loch Ness. Ma è disposto a scommettere sul potere di eDNA per aiutarci a escogitare nuove strategie di conservazione e persino a risolvere alcuni dei misteri ecologici più persistenti del nostro tempo.
Il potenziale di questa tecnica è enorme: in Croazia, gli scienziati la stanno usando per cercare nelle caverne una salamandra acquatica cieca e incolore nota come drago delle caverne, o olmo. Nel sud-est americano, eDNA ci sta dicendo quanti anfibi giganti e segreti, conosciuti come Hellbenders, sono diminuiti nel loro raggio storico. In Asia, i ricercatori hanno appena dimostrato che l'eDNA può anche essere impiegato per studiare meduse come l'ortica giapponese. E in Australia, gli scienziati hanno scoperto che saggi simili possono essere utilizzati per studiare l'attività di generazione nel pesce persico Macquarie in via di estinzione.
"Non voglio davvero essere conosciuto come il ragazzo che sta cercando il mostro di Loch Ness", dice Gemmell. "Ma penso che sia un ottimo gancio per far parlare la gente di eDNA."
Una focena senza pinne Yangtze nell'Istituto di Idrobiologia sotto l'Accademia cinese delle scienze, a Wuhan, nella provincia di Hubei, nella Cina centrale, il 10 maggio 2016. L'attuale popolazione di focene senza pinne, secondo gli scienziati, è inferiore a 1.000. (Xinhua / Alamy) Per darti un'idea dell'aspetto di eDNA, immagina di fare il pane e di aver sparso un sacco di farina sul bancone. Dopo aver impastato la pagnotta per un po ', quel po' di polvere che è rimasta? Questo è fondamentalmente ciò che può estrarre da un litro di acqua prelevato dal fiume Hudson, afferma Mark Stoeckle, ricercatore senior associato al Programma per l'ambiente umano della Rockefeller University. Solo eDNA non è bianco sbiancato. È marrone fango.
E per gli animali che non sono ipotetici come Nellie, quel materiale marrone-fango ha una vera promessa. Dai un'occhiata alla letteratura scientifica e scoprirai che l'eDNA è già utilizzato in tutto il mondo per comprendere meglio il comportamento e le dinamiche della popolazione delle specie critiche.
Un esempio è la focena senza fine Yangtze, un soggetto notoriamente difficile da studiare. Per cominciare, ci sono meno di 1.050 animali rimasti in vita, guadagnando uno status in pericolo di estinzione della specie dall'International Union for Conservation of Nature. Inoltre, le focene (come suggerisce il nome) mancano di una pinna dorsale, il che significa che si rompono appena la superficie quando si alzano per respirare, e la loro pelle ha la stessa tonalità grigio scuro delle acque in cui vivono.
"Posso onestamente dire di non averne mai visto uno in natura", afferma Kathryn Stewart, biologa all'Istituto per la biodiversità e l'ecosistema dell'Università di Amsterdam. Ma grazie all'eDNA, ciò non impedisce a Stewart di studiare questa specie criptica. "Utilizzando eDNA, siamo in grado di ridurre i costi e i tempi necessari per un campionamento completo e accurato, che è sempre una preoccupazione per il lavoro di conservazione, in particolare nei paesi in via di sviluppo in cui le priorità e il denaro sono spesso bassi", afferma.
Alla fine, l'obiettivo è capire quali fattori stanno contribuendo maggiormente al declino della focena - e rapidamente. Secondo l'IUCN, la specie è a rischio "estremamente elevato" di estinzione entro le prossime tre generazioni. "Dighe, reti da imbrocco e aumento del traffico navale sembrano tutte buone scommesse, ma dato quanto sono difficili da rintracciare gli animali, è quasi impossibile capire dove siano gli ultimi allevamenti della specie e cosa renda queste aree più abitabili delle vaste distese fluviali dove prosperavano i mammiferi marini.
Ora, Stewart sta lavorando allo sviluppo di modi in cui eDNA non solo rivela se una specie è presente o assente, ma quanto può essere abbondante quella specie in un determinato specchio d'acqua. Questi risultati potrebbero quindi essere correlati con altre informazioni - la presenza di alcune specie di prede, per esempio, o la vicinanza ad aree densamente abitate dall'uomo - per determinare quali condizioni la focena senza pinne Yangtze può meglio tollerare.
"Ovviamente c'è un sacco di lavoro di recupero del dolore che mira all'ottimizzazione delle tecniche di eDNA per diverse specie e ambienti", afferma Stewart, "ma per la maggior parte, è un enorme passo avanti - una rivoluzione se vuoi - per la biologia della conservazione".
Mentre il fiume Hudson di New York potrebbe non sembrare un bastione della biodiversità, è un ecosistema particolarmente interessante e stimolante per i ricercatori di eDNA. (Gavin Hellier / Alamy) Il DNA è una molecola di contrasti. In un certo senso, è incredibilmente resistente, sopravvivendo a centinaia di migliaia di anni sepolti nella roccia solida o nelle temperature quasi bollenti trovate accanto alle aperture idrotermali di acque profonde (anche se no, fan di Jurassic Park, probabilmente non può sopravvivere in insetti ricoperti di ambra per milioni di anni). In altri modi, è estremamente fragile: il DNA può anche essere scomposto dalla luce solare, dalla turbolenza dell'acqua e da alcuni prodotti chimici.
Ma quando ci si arriva, quale qualità vince?
Questa è la domanda che Stoeckle della Rockefeller University e i suoi colleghi hanno deciso di rispondere l'anno scorso. Il team ha trascorso sei mesi a raccogliere campioni d'acqua settimanali da due dei fiumi di New York City per vedere cosa ci poteva dire l'eDNA all'interno delle specie ittiche che vivono lì. La Grande Mela potrebbe non colpire maggiormente come uno degli habitat acquatici più incontaminati o colorati della Terra, ma Stoeckle afferma che la confluenza di tutto ciò che l'acqua dolce e salata costituisce un'area di studio particolarmente interessante e stimolante per i test di eDNA.
Stoeckle voleva sapere: il DNA è così robusto che il campionamento di un porto restituirebbe una serie vertiginosa di specie dalle sorgenti e dalle sponde dei fiumi agli estuari costieri, l'oceano aperto e il mare profondo? O il DNA era così fragile da scomparire o degradarsi prima che potessimo raccoglierlo e analizzarlo? A quanto pare, la risposta sta nel mezzo.
"Non solo abbiamo trovato i giusti tipi di pesci, ma li abbiamo trovati al momento giusto", afferma Stoeckle. “In inverno, quando i pescatori ti diranno che non vale la pena mettere una lenza in acqua, otteniamo pochissimo e nessun eDNA di pesce. Quindi, a partire da aprile e maggio, otteniamo un recupero in costante aumento del DNA dei pesci fino a circa la metà dell'estate quando si ottengono da 10 a 15 specie in un campione medio. "
In altre parole, i risultati di Stoeckle, pubblicati sulla rivista PLOSONE questo aprile, hanno riaffermato ciò che già sapevamo sulle migrazioni ittiche nei porti di New York: ad esempio, che il branzino si sposta al largo in inverno e ritorna al porto in primavera.
E questo è cruciale. Sebbene lo studio avrebbe probabilmente ottenuto molti più titoli se avessero trovato il DNA di alligatore che filtrava dalle fogne (o Nessie!), Questi risultati sono molto più importanti perché sono previsti. Questo perché l'eDNA è ancora uno strumento relativamente nuovo e, se verrà preso sul serio, deve essere calibrato in base ai dati affidabili raccolti dai metodi che un giorno potrebbe sostituire.
Ma forse la più grande promessa offerta da eDNA? Il potenziale per gli scienziati di condurre una scienza pazzesca a un prezzo pazzesco ed economico.
Una vista dell'East River di New York City, uno dei siti di raccolta di Stoeckle. (Mark Stoeckle) La maggior parte di ciò che sappiamo delle migrazioni ittiche proviene dal lancio di tonnellate di reti e dalla raccolta di ciò che accade o dall'utilizzo di ping solari per creare un'istantanea di ciò che sta accadendo di seguito. Nei ruscelli e nei fiumi più piccoli, gli scienziati possono utilizzare bacchette elettrificate per stordire i pesci e altre creature acquatiche, consentendo loro di condurre sondaggi relativamente approfonditi anche sulle creature più subdole. Ma tutti questi metodi richiedono due cose in grande quantità: tempo e denaro.
"Tutti coloro che effettuano sondaggi sulla vita marina vorrebbero aumentare la frequenza e la densità del campionamento", afferma Jesse Ausubel, uno dei fondatori e leader del censimento della vita marina. Ma Ausubel afferma che può costare tra $ 10.000 e $ 150.000 al giorno noleggiare una nave, il che limita fortemente il numero di volte in cui gli scienziati possono permettersi di far cadere le reti o accendere i dispositivi del sonar.
"Il risultato è che ci sono enormi lacune in ciò che sappiamo", afferma Ausubel, che è anche direttore del Programma per l'ambiente umano della Rockefeller University, dove guida il gruppo di cui fa parte Stoeckle.
Fortunatamente, i recenti progressi nella tecnologia di sequenziamento del DNA hanno portato i costi associati ai test eDNA a circa $ 50 al campione. Ciò significa che gli scienziati possono raccogliere campioni e condurre sondaggi molto più frequentemente di quanto sarebbero in grado di permettersi utilizzando i metodi di monitoraggio tradizionali. E a differenza dell'identificazione di una specie in base ai suoi tratti fisici - un'abilità complicata che richiede un sacco di esperienza e che può ancora produrre dati falsi - i campioni di eDNA possono essere raccolti relativamente facilmente da chiunque abbia un po 'di addestramento e un contenitore sterile.
Infine, a differenza della pesca a strascico, del sonar o dell'elettrofishing, il campionamento di eDNA è praticamente senza impatto. Questo rende la tecnica particolarmente attraente per il rilevamento di specie che sono già alle corde. Per Stewart, questa è una delle cose migliori dell'uso di eDNA: le consente di porre domande sulle focene dello Yangtze senza aggiungere ancora più traffico in barca ai loro habitat.
Stewart sottolinea che l'eDNA potrebbe essere particolarmente importante per i paesi in via di sviluppo, poiché spesso presentano livelli elevati di endemismo e un aumento del rischio di perdita di specie pur avendo anche meno risorse da investire nella conservazione. "Anche se vogliamo proteggere quanta più biodiversità possibile, la realtà è che dobbiamo prendere decisioni difficili su dove e come finanziare la conservazione", afferma. E con eDNA, possiamo far sì che quei fondi limitati vadano ancora più lontano.
Inoltre, oltre a conservare animali noti, eDNA potrebbe anche aiutare i biologi a scoprire specie nascoste che nuotano sotto il nostro naso. David Lodge, un biologo della Cornell University e direttore dell'Atkinson Center for a Sustainable Future, sottolinea il potenziale dell'uso di questa tecnica in ecosistemi come il massiccio Tanganyika dell'Africa. Mentre i ricercatori sanno che il lago brulica di vari pesci ciclidi, probabilmente ci sono molte più specie ancora da scoprire.
"Crediamo che scopriremo la diversità oscura - specie là fuori che non sono mai state descritte", ha detto Lodge durante il vertice di Smithsonian Earth Optimism, un raduno di cittadini, scienziati e attivisti attenti alla conservazione, all'inizio di questo mese.
Un rospo di ostriche, una specie "deliziosamente brutta" che si trova comunemente nei porti di New York, secondo Stoeckle. (Barrierislandnaturalist) Nel frattempo, quelli come Gemmell stanno suscitando interesse per l'idea. Gemmell afferma che dopo alcuni tweet sull'uso di eDNA per la ricerca di Nessie, ha avuto più interesse per il vero lavoro di eDNA che fa in Nuova Zelanda nelle ultime due settimane di quanto abbia visto in due anni di doverosamente raccogliere e testare campioni d'acqua.
Quel vero lavoro di eDNA, tra l'altro, implica l'uso di eDNA per rilevare alghe e tunicati invasivi prima che possano prendere piede nei corsi d'acqua della Nuova Zelanda. In questo momento, diventiamo davvero consapevoli di tali creature solo dopo che hanno preso piede. Ma se i test di routine sull'eDNA delle vie navigabili rivelassero abbastanza presto la presenza di tali creature, potremmo essere in grado di passare all'offensiva, sradicando le invasioni quasi prima che inizino.
Sfortunatamente, la caccia ai mostri scozzese dovrà probabilmente aspettare fino a quando qualcuno non vorrà tossire. Ma Stoeckle afferma di amare l'idea e non vede alcun limite tecnico per il motivo per cui non funzionerebbe. "L'unico problema", afferma Stoeckle, "è se il mostro di Loch Ness esiste davvero."
E se non lo fa? Questo è un problema che nemmeno gli scienziati che maneggiano eDNA possono risolvere.
