Immagina di studiare animali senza vederli. Sembra ridicolo? Per le persone come noi, che per primi si sono interessate alla biologia perché amiamo gli animali e ci divertiamo a studiarli, sì, sembra un affare scadente. Tuttavia, se pensi a cosa fanno gli investigatori forensi quando cercano prove del DNA sulla scena del crimine, o cosa fanno i medici quando rilevano un agente patogeno nel sangue di un paziente, è esattamente questo: rilevano le forme di vita senza vederle.
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Il DNA è la stampa blu della vita. È presente praticamente in ogni organismo sulla Terra e di solito lo studiamo estraendolo da un pezzo di tessuto o da un campione di sangue. Ma il DNA, davvero, è ovunque: gli animali lo perdono costantemente, quando si grattano, quando rilasciano urina, uova, saliva, escrementi e, naturalmente, quando muoiono. Ogni ambiente, dal tuo letto ai recessi più profondi degli oceani, è pieno di "polvere biologica", principalmente materiale cellulare, che contiene il DNA degli organismi che lo hanno lasciato alle spalle. Questo, chiamiamo "DNA ambientale", o eDNA.
Assistiti da una tecnologia sempre più veloce, accurata e conveniente, gli scienziati hanno iniziato, negli ultimi anni, a sequenziare questa traccia di DNA da molti ambienti. E questo approccio "micro" ha persino dimostrato di essere utile per gli scienziati che studiano ambienti vasti come gli oceani.
Judith nuota con una testa di martello alle Bahamas: gli squali sono difficili da osservare e rintracciare poiché l'oceano è così vasto. (Nicolo Roccatagliata, autore fornito) Molti animali marini sono grandi, rari, inafferrabili e altamente mobili. Gli squali sono un esempio ovvio: negli oceani costituiscono una piccola parte della biomassa, la maggior parte di essi è piuttosto difficile da catturare e sono stati in conflitto con gli umani da quando abbiamo iniziato ad avventurarci in mare. Con poche eccezioni, ci evitano e, a causa nostra, molti sono stati minacciati di estinzione.
Questo è il motivo per cui abbiamo pensato che sarebbe interessante vedere se, solo campionando alcune bottiglie di acqua dell'oceano (e i frammenti di DNA in essa), potessimo mappare rapidamente la presenza e la distribuzione degli squali, senza impegnarci in inseguimenti selvaggi o impiegando tempo e risorse- metodi di pesca intensiva degli squali. Siamo stati felici di scoprire che, in effetti, questo era possibile e che diverse specie potevano essere rilevate in diverse regioni geografiche, sebbene le aree che erano state più colpite dagli umani avrebbero mostrato scarsa presenza di squali.
Stefano campione in Belize (Judith Bakker, autore fornito) Ma la vera misura dell'efficienza di questo approccio eDNA al monitoraggio degli squali sarebbe rivelata solo se confrontata con metodologie consolidate e comprovate, come i censimenti visivi delle immersioni subacquee o le registrazioni di telecamere subacquee innescate.
Questo è stato al centro del nostro studio più recente, condotto con colleghi con sede nell'arcipelago del Pacifico del Sud, in Nuova Caledonia, Francia, Australia e Stati Uniti, e ora pubblicato sulla rivista Science Advances . I risultati sono stati molto entusiasmanti: 22 campioni d'acqua raccolti in poche settimane hanno rilevato più squali rispetto a centinaia di osservazioni con fotocamera subacquea esca per due anni e migliaia di immersioni subacquee per un periodo di decenni. Quasi la metà delle specie rilevate attraverso il DNA ambientale non è stata trovata affatto utilizzando metodi tradizionali. E mentre eDNA è in grado di rilevare la presenza di alcuni squali in circa il 90 percento dei campioni, le telecamere subacquee sono in grado di gestire solo poco più del 50 percento e le immersioni subacquee circa il 15 percento.
Nuova Caledonia: solo 22 campioni di acqua eDNA (stelle rosse) hanno rilevato più squali di numerose registrazioni con videocamera (blu) o immersioni subacquee (verde). (Boussarie & Bakker et al (2018)) È interessante notare che eDNA ha sovraperformato gli altri metodi in entrambe le aree incontaminate e colpite. Una serie di specie di squali sono state rilevate anche in aree trafficate, rumorose e impoverite, dove si pensava che fossero estirpate. Ciò suggerisce che potrebbe ancora essere presente una “diversità oscura”, sotto forma di residui e gruppi che richiedono protezione. Allo stesso modo, l'eDNA può aiutare rivelando la comparsa di specie aliene di nuova costituzione che stanno ampliando il loro raggio d'azione. Tutto questo è una buona notizia per tutti, ed è per questo.
Data la velocità e l'efficienza del campionamento di eDNA, una porzione molto più grande del mare può essere sottoposta a screening, in un tempo più breve, per raccogliere una panoramica dei modelli di diversità tra grandi aree e habitat, lungo vari gradienti ambientali e in momenti diversi. Potenzialmente, potremmo costruire rapidamente mappe della diversità delle specie e usarle per creare modelli predittivi e identificare i fattori che influenzano la diversità, mentre vengono sviluppati metodi per migliorare l'aspetto quantitativo del rilevamento di eDNA, anche in altre specie carismatiche. Tutto ciò sarà di grande aiuto per coloro che devono elaborare piani per proteggere habitat ed ecosistemi cruciali.
La scienza del DNA ambientale è ancora in rapido sviluppo. I database che utilizziamo per abbinare le sequenze sconosciute recuperate dal mare devono essere arricchiti con nuovi riferimenti al DNA di molte specie esistenti: ogni studio eDNA su più specie fino ad oggi ha rilevato grandi quantità di sequenze che non potevano essere confrontate con nessun riferimento. Una parte significativa di questi appartiene ad organismi che devono ancora essere descritti dagli scienziati.
Le "sonde di DNA" attualmente disponibili dovranno allungarsi, in quanto a volte brevi sequenze potrebbero non riuscire a distinguere specie strettamente correlate. Ad esempio, lo squalo pinna nera ha condiviso alcune sequenze identiche con lo squalo grigio della barriera corallina lungo il tratto di DNA utilizzato nel nostro studio. Tuttavia, tutte le indicazioni iniziali suggeriscono che questo approccio può avvicinarci alla comprensione e alla migliore gestione del più grande ecosistema sulla Terra.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Stefano Mariani, Cattedra di genetica della conservazione, Università di Salford
Judith Bakker, Research Fellow, Environment & Life Sciences, Università di Salford
