IL DNA AMBIENTALE CAMBIERÀ IL MODO IN CUI STUDIAMO LA BIODIVERSITÀ MARINA?

di Anna Violato

Con una nuova tecnica di analisi del DNA disperso nell’ambiente, dall’acqua di mare si possono ricavare informazioni sulla presenza di specie prima difficili da osservare. Per esempio la foca monaca, che nel bacino del Mediterraneo è quasi scomparsa.

10 Settembre 2021

Tempo di lettura: 6 minuti

DNA ambientale

Le bianche rocce carbonatiche del promontorio del Gargano sono caratterizzate dalla presenza di numerosi anfratti e grotte, un tempo areale della foca monaca. Foggia, 11 luglio 2021. Fotografia di Elisabetta Zavoli.

Sappiamo ancora pochissimo del mondo sott’acqua. Grazie a moderni sensori per ecoscandaglio multiraggio, circa il 20% dei fondali marini è stato mappato. Inoltre, la maggior parte di ciò che conosciamo sugli organismi che vivono in mari e oceani deriva dallo studio degli ambienti costieri, in cui le osservazioni sono più semplici: il mare aperto è ancora, per molti aspetti, un territorio semisconosciuto. Uno studio del 2014 ha stimato che i pesci che vivono tra i 200 e i 1000 metri di profondità – nella cosiddetta zona mesopelagica, dove la luce diventa fioca e la temperatura scende fino a pochi gradi sopra lo zero – potrebbero essere 10 volte più numerosi di quel che si pensava.

Come si studiano organismi che vivono in un ambiente enorme e difficilmente accessibile come il mare aperto? Anche sulla terraferma, tra i primi passi per studiare una popolazione c’è l’osservazione delle tracce che lascia, come le orme. E se gli animali marini non lasciano vere e proprie orme, possiamo riconoscere le loro tracce in altre forme: per esempio, copie del loro DNA che derivano dalle feci, dalle cellule della pelle, o da altri tessuti.

Il DNA ambientale, un nuovo modo per studiare la vita sott’acqua

Questo DNA disperso nell’ambiente viene chiamato eDNA, da environmental DNA (“DNA ambientale”) e secondo Elena Valsecchi, ecologa molecolare dell’Università Bicocca di Milano, la sua analisi potrebbe rivoluzionare lo studio della vita marina nei prossimi anni. «Questa tecnica permette di studiare le tracce di DNA di tutti gli organismi viventi disperse nell’ambiente. Fino a pochi anni fa sarebbe stato impensabile, perché per raccogliere informazioni significative era necessario avere campioni di tessuto più corposi, addirittura stabilire delle colture cellulari, ovvero produrre linee cellulari “viventi”, riproducibili in laboratorio. […] Grazie alle nuove tecniche di biologia molecolare, invece, oggi possiamo leggere tracce infinitesimali di materiale genetico nell’acqua e capire quali animali sono passati in quella zona», racconta.
Valsecchi è a capo di MeD for Med, un progetto che studia la biodiversità nel Mediterraneo usando proprio il DNA disperso nell’ambiente marino (il MeD, Marine environmental DNA). «Quando si è iniziato a parlare di studio di DNA ambientale, qualche anno fa, inizialmente ero scettica: davvero da volumi di acqua marina si riesce a monitorare la presenza di animali?».

Per capire meglio le potenzialità di questa tecnica, nel 2018 il team di Valsecchi ha condotto una sperimentazione all’Acquario di Genova. Grazie alle  informazioni precise sugli animali presenti e sui volumi di acqua in ogni vasca, era la situazione ideale per avere un metro di paragone rispetto ai risultati dei campioni raccolti. 

Inoltre, Valsecchi voleva identificare i marcatori – regioni informative del DNA, in questo caso, che individuano in modo inequivocabile la specie da cui provengono – con cui poi riconoscere i mammiferi marini che vivono nel Mediterraneo e monitorare i loro elusivi movimenti.
Dopo aver affinato e testato il metodo, Valsecchi è passata alla ricerca sul campo, in mare aperto.

Come si raccoglie il DNA ambientale

Per studiare il DNA ambientale si raccolgono sacche da circa 12 litri di acqua marina. Ognuna viene suddivisa in sottocampioni da esaminare separatamente, per verificare i risultati ottenuti. L’acqua viene successivamente passata per filtri di microcellulosa a porosità diverse, su cui si fermano le cellule e le altre tracce biologiche da cui estrarre il DNA, che viene poi analizzato.

Durante la raccolta delle sacche di acqua servono alcune precauzioni, per evitare che i campioni vengano contaminati dagli operatori o dai campioni precedenti. Nonostante ciò, il procedimento può essere svolto anche da non addetti ai lavori o forse, in futuro, anche in modo automatico: un vantaggio che permetterebbe di raccogliere enormi quantità di dati.

Tra il 2018 e il 2019, Elena Valsecchi e il suo team hanno raccolto campioni grazie ai traghetti di Corsica-Sardinia Ferries. «Il campionamento che si può fare con i traghetti è l’ideale, perché grazie alle rotte regolari possiamo monitorare le stesse zone di notte di giorno, e in diverse stagioni. In più i traghetti permettono di lavorare contemporaneamente su tante rotte, su territori distanti per noi ma non per gli animali marini che stiamo studiando, che percorrono spazi enormi» spiega Valsecchi. «Questi campioni sono particolarmente preziosi perché riguardano l’alto mare, un ambiente che conosciamo poco. La maggior parte degli studi infatti avviene sotto costa, dove siamo più vicini a quello che è il nostro ambiente naturale, la terraferma». L’uso dei traghetti per raccogliere informazioni sugli animali marini non è una completa novità, perché si basa sull’esperienza ultradecennale di ISPRA, partner del progetto, nel network Fixed Line Transects, che sfrutta proprio le navi di linea per l’osservazione dei cetacei.

Quest’anno, invece, MeD for Med ha collaborato con progetti di vela sostenibile come Sailing for Blue Life, Progetto Mediterranea, in cui il viaggio in barca a vela è arricchito da iniziative di citizen science, visite ai Centri di Recupero Tartarughe Marine e incontri con realtà scientifiche e sociali sul territorio. Ha collaborato anche con centri privati già impegnati nello studio di cetacei, come il Centro Ricerca Cetacei e Project Manaia, nonchè istituti di ricerca come IMEDEA, il centro spagnolo di studi avanzati sul Mediterraneo, con sede sull’isola di Maiorca, nelle Baleari.
Grazie a questa rete di collaborazioni, sono stati raccolti campioni nel Mar Adriatico, nello Ionio, nelle zone al largo delle coste di Sicilia, Sardegna, isola d’Elba e isole Baleari, per avere una visione complessiva e realistica dei movimenti dei mammiferi marini nel Mediterraneo.

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Le tracce della foca monaca

Se fino a qualche anno fa estrarre dall’ambiente DNA a sufficienza per identificare una specie era estremamente difficile, oggi i ricercatori come Valsecchi si trovano ad avere il problema opposto: in una sacca d’acqua, le tracce di alcune specie sono talmente abbondanti che rischiano di nascondere tutte le altre.
In particolare, i segnali che indicano la presenza di sardine e di altri pesci ossei molto abbondanti nei nostri mari rischiano di mascherare le specie sì presenti, ma meno abbondanti. Mettere a punto marcatori che identificano una specie, o un gruppo di specie, è quindi un lavoro fondamentale.

«A causa della pandemia, nel 2020 ci sono state molte limitazioni per uscire a effettuare nuovi campionamenti. Per questo abbiamo deciso di focalizzarci sulle tecniche per identificare una specie particolarmente rilevante: la foca monaca mediterranea», aggiunge Elena Valsecchi. Unico pinnipede a vivere nel Mediterraneo, oggi questo animale è ridotto a poche centinaia di esemplari che vivono principalmente nel Mar Egeo. Fino agli inizi del XX secolo, popolava le spiagge e le grotte dal Portogallo al Mar Nero.

DNA ambientale

Lama Monachile al tramonto, vista dal ponte lungo la via Traiana. Questa famosa insenatura di Polignano a Mare è formata da due pareti di roccia a strapiombo e prende il nome dalla foca monaca che un tempo abitava questa zona. Polignano a Mare, Bari, 16 luglio 2021. Fotografia di Elisabetta Zavoli.

La foca monaca è oggetto di rari avvistamenti in tutto il Mediterraneo: non abbastanza per capire dove è solo di passaggio e dove è presente stabilmente.
Le tracce del suo DNA nell’acqua, però, potrebbero cambiare le cose. Il team di Valsecchi ha analizzato le sacche di acqua raccolte dai traghetti lungo la rotta tra Livorno e Golfo Aranci, in Sardegna. «Con grande stupore abbiamo trovato un segnale molto forte della presenza della foca monaca in una stazione non lontano dall’Isola di Capraia, dove l’anno scorso poi è stata anche avvistata. Ma i nostri campioni risalivano al periodo compreso tra il 2018 e il 2019, quindi con il metodo molecolare abbiamo anticipato l’identificazione visiva» racconta la ricercatrice con un sorriso. «L’osservazione dell’animale lì dove lo avevamo identificato, in realtà, è stata una conferma per noi e ci ha dato molto coraggio».
Grazie alla collaborazione con le iniziative di vela e con il documentarista Emanuele Coppola del Gruppo Foca Monaca, i campionamenti per il monitoraggio della foca monaca sono continuati e hanno preso la forma di un progetto di citizen science, Spot the Monk.

Le possibilità però non si limitano allo studio di specie in pericolo. L’analisi del DNA ambientale, grazie alla sua alta sensibilità, ha dei vantaggi anche per rilevare la presenza di specie aliene prima che possano diventare invasive – e mettano quindi a rischio la sopravvivenza delle specie locali. «Penso che lo studio del DNA ambientale segni l’inizio di una nuova era» conclude Elena Valsecchi. «Nei prossimi decenni diventerà uno strumento con cui faremo molte nuove scoperte sul pianeta nascosto che si trova sotto la superficie dei nostri mari».

Anna Violato è una comunicatrice della scienza e videomaker.

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Elisabetta Zavoli è una fotografa documentarista specializzata nelle tematiche ambientali e nel rapporto tra esseri umani e ambiente.

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