I progressi della genetica rivoluzionano la biologia marina



Prendi un bicchier d’acqua da un fiume, un lago, o dal mare e il fingerprinting del DNA ambientale (eDNA) ti dirà quali specie di pesci ci hanno nuotato dentro di recente. Finora ci voleva un mese di analisi di laboratorio per ottenere questi risultati, ma adesso una nuova tecnologia può identificare una specie in meno di tre giorni. Una vera e propria rivoluzione per la scienza.

“Se prendi un campione d’acqua dal porto di New York il martedì mattina, il giovedì sera sai se le sogliole limanda sono tornate” ha detto Jesse Ausubel, direttore del Program for Human Environment alla Rockfeller University nella città di New York. Un’informazione importante perché il porto di New York limita il dragaggio quando questi pesci sono presenti.  

Il nuovo strumento “Go Fish eDNA” non solo fornisce dei risultati in tempi rapidi, ma costa solo 15 dollari per campionare una specie, e 8 dollari per ogni specie aggiuntiva. Da qui a pochi anni per i bagnini sarà possibile prelevare un campione d’acqua di mare la mattina presto e a metà mattinata sapere se ci sono squali tigre o squali bianchi nei dintorni, ha spiegato

Ausubel. “Sarà come una sorta di cartina al tornasole.”

Il 29 e 30 Novembre la Rockfeller University ha ospitato la prima National Conference on Marine Environmental DNA negli Stati Uniti durante la quale gli scienziati hanno discusso delle applicazioni oggi possibili e su come migliorare l’analisi del DNA ambientale.

 “A quasi due chilometri dalla costa abbiamo potuto indentificare in meno di 48 ore la presenza di squali bianchi nella colonna d’acqua sotto la barca usando dei nanopori per sequenziare il DNA ambientale” ha detto Barbara Block, una biologa marina della Standford University.   

Il Go Fish eDNA è stato sviluppato da Mark Stoeckle, un ricercatore associato presso la Rockfeller University. Lo scienziato ha scelto questo nome facendo riferimento al gioco di carte per bambini in cui un giocatore chiede a un altro se ha una carta uguale alla sua, se l’avversario ha la carta, gliela dà, altrimenti risponde “vai a pescare” (Go Fish).

Seguendo la traccia di un pesce

La capacità di identificare le differenti specie animali dai loro tratti genetici senza doverli catturare “è una grande svolta con importanti ricadute economiche e ambientali” ha detto Stoeckle.

I pesci e gli altri organismi marini perdono nell’acqua cellule della pelle, escrementi, muco. Queste cellule alla fine affondano o si degradano, ma la loro traccia genetica rimane nella colonna d’acqua per 24 ore in media.  

Un campione di acqua è fatto passare attraverso un filtro estremamente fine e il DNA viene poi estratto dalla “poltiglia” che rimane, ha spiegato Ausubel. Il DNA estratto può ammontare a decine di milioni di frammenti in un singolo campione. Per individuare le specie d’interesse si usano i marcatori genetici, cioè delle combinazioni di DNA uniche per ogni specie, che sono isolati e in seguito paragonati con le banche dati del DNA per identificare in maniera precisa le diverse specie trovate nel campione.
Il DNA ambientale sta rivelando alti livelli di biodiversità negli oceani, ha detto Ausubel. Ad esempio, in uno stesso tratto di mare usando reti da pesca tradizionali si possono catturare 20 specie diverse, mentre con il DNA ambientale se ne possono trovare 100, ha aggiunto il ricercatore.
 
Ausubel è stato uno dei leader del Census of Marine Life, un progetto da 650 milioni di dollari, durato 11 anni e finito nel 2010. “Avessimo avuto il DNA ambientale avremmo potuto recensire più specie, più velocemente e spendendo meno.”

Uno strumento utile per lo studio delle specie aliene invasive

“L’analisi a basso costo e in tempi rapidi del DNA ambientale può essere particolarmente utile per individuare la presenza di specie aliene invasive che all’inizio della loro diffusione in nuovo habitat hanno una densità molto bassa e sono difficili da individuare con i tradizionali sistemi di cattura” spiega a National Geographic Elena Tricarico, esperta di specie aliene invasive dell’Università di Firenze.

“Contenere la diffusione delle specie invasive è molto difficile in ambiente acquatico e l’ideale sarebbe agire subito. Il DNA ambientale può permettere di attivare un’allerta precoce e può dirti se hai avuto successo nell’eradicare una specie in un contesto confinato, come ad esempio in un lago”, spiega la ricercatrice, membro dell’International Association for Open Knowledge on Invasive Alien Species, una no-profit che ha l’obiettivo di facilitare la comprensione globale e la gestione delle invasioni biologiche creando una rete di ricercatori, organizzazioni e vari portatori di interesse.

Secondo uno studio pubblicato sulla rivista Estuarine, Coastal and Shelf Science, nel Mediterraneo ci sono oltre 800 specie aliene (organismi unicellulari esclusi), tra le quali più di 600 sono diventate residenti.

In Italia il monitoraggio delle specie aliene è iniziato nel 2018 a seguito del recepimento della Direttiva quadro 2008/56/CE sulla strategia per l’ambiente marino. La strategia pone come obiettivo agli Stati membri di raggiungere entro il 2020 il buono stato ambientale e a tal fine include 11 descrittori. Il descrittore 2 dice che le specie non indigene introdotte dalle attività umane devono restare a livelli che non alterano negativamente gli ecosistemi.

“Al momento c’è molto interesse nelle tecniche di DNA ambientale soprattutto perché le competenze in ambito morfologico stanno scomparendo ed è difficile trovare esperti” dice a National Geographic Agnese Marchini, ecologa presso l’Università di Pavia che utilizza l’approccio morfologico per studiare le comunità di organismi marini che vivono nei porti e individuare eventuali specie aliene.

La ricercatrice nota però che queste tecniche hanno ancora dei limiti. “Per riconoscere una specie è necessario conosce il suo barcode, cioè la sua sequenza genica. Non abbiamo ancora finito di descrivere da un punto di vista morfologico tutte le specie che esistono al mondo, figuriamoci di sequenziare il loro DNA”.
Inoltre, continua la ricercatrice “l’utilizzazione di queste tecniche va bene se uno sta cercando delle specie target. Ma se arriva una specie che non mi aspetto, non la trovo perché semplicemente non la sto cercando. Con l’approccio morfologico, invece, quando vedo una specie nuova, anche se non la conosco, mi accorgo della sua presenza”.

Secondo la ricercatrice è dall’integrazione del tradizionale approccio morfologico con il più recente approccio molecolare che sarà possibile definire dei protocolli più efficienti per lo studio delle comunità acquatiche e la gestione delle specie aliene invasive.

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