La scienza cosa dice? Come la ricerca sull’eDNA si sta evolvendo per creare una nuova era nella conservazione ambientale

La scienza cosa dice? è una rubrica mensile scritta da Sharon Ostok, ora collaboratrice dei Grandi Laghi, che esplora ciò che la scienza può dirci su ciò che sta accadendo sotto e sopra le onde dei nostri amati Grandi Laghi e i loro bacini idrografici.

Tredici anni fa, una carpa testa grossa viva fu catturata appena al largo del lago Michigan. In qualche modo è scivolata attraverso una barriera elettrica in un sistema di corsi d’acqua nell’area di Chicago progettato per tenere lontani i pesci invasivi.

Sebbene ciò abbia causato molta e giustificata preoccupazione, ho sempre sospettato che un piccolo gruppo di ricercatori dell’Università di Notre Dame si sentisse almeno un po’ sollevato.

Non perché volessero che i pesci voraci sconvolgessero l’ecosistema del lago. Ma perché era la prova che ne è valsa la pena tutto lo sforzo profuso nel loro nuovo strumento di rilevamento, eDNA.

Se le carpe invasive entrassero nei Grandi Laghi, potrebbero mangiare tutto, senza lasciare nulla da mangiare ai pesci autoctoni. Quindi, dopo che i campioni di acqua dietro la barriera sono risultati positivi per l’eDNA della carpa testa grossa, i ricercatori hanno lanciato l’allarme.

A quel tempo c’era qualche dubbio sul fatto che gridassero al lupo.

“All’inizio c’era molto scetticismo riguardo al DNA ambientale”, afferma Cara Andres, ecologista acquatica presso la Washington State University di St. Louis. Era abbastanza sensibile da costituire un segnale affidabile della presenza di una specie?

Catturare una carpa significava che era già abbastanza sensibile. Significava anche che l’eDNA aveva maggiori probabilità delle reti di rilevare i pesci quando non ce n’erano molti.

Ma ora che gli scienziati hanno più tempo per lavorare con l’eDNA, hanno dimostrato che potrebbe essere uno strumento più importante per la scienza della conservazione di quanto si pensasse 13 anni fa.

eDNA è l’abbreviazione di DNA ambientale. Tutti gli organismi, compresi noi, perdono costantemente parti del nostro codice genetico sotto forma di capelli, pelle, muco, feci, urina, ecc. Nel caso dei pesci, il DNA ambientale può essere raccolto da campioni di acqua e utilizzato per identificarli.

Ci sono ancora dei limiti a ciò che può fare. Non possiamo sapere se l’e-DNA sia stato lasciato cadere da un uccello mangiatore di pesce o sia arrivato attraverso l’acqua di sentina della barca. Né l’eDNA può dirci se esiste una popolazione autosufficiente nel Lago Michigan, anche se l’ipotesi migliore è che ciò sia improbabile.

Non può nemmeno dirci se il pesce è vivo o morto.

Espansione della rete eDNA

Nonostante queste limitazioni, gli ambientalisti lo trovano sempre più utile, afferma Andress, che ha completato il suo dottorato con David Lodge, un esperto di specie invasive e uno dei primi ricercatori sull’eDNA.

Ad esempio, il più grande progetto di monitoraggio eDNA del Canada, lanciato vicino al Lago Huron nel 2021, è progettato per monitorare gli impatti a lungo termine sulla fauna selvatica causati dal contenimento del combustibile esaurito delle centrali nucleari del paese in profondità nella roccia.

La Canadian Nuclear Waste Management sta esaminando la possibilità di seppellire il combustibile nucleare esaurito sottoterra nella comunità lacustre di South Bruce. I ricercatori dell’Università di Guelph che guidano il progetto utilizzeranno l’eDNA per misurare la diversità e l’abbondanza delle specie prima e dopo lo stoccaggio dei fasci di combustibile nucleare usati.

Sperano anche di comprendere meglio come cambiano gli organismi acquatici e semi-acquatici mentre si riuniscono in base alle stagioni, e di raccogliere segnali dalle specie che spesso non vengono rilevate dalle tecniche tradizionali.

Ad esempio, le cozze d’acqua dolce possono essere difficili da trovare e identificare a vista: alcune specie non sembrano molto diverse dalle altre. Ma l’eDNA può distinguerli.

Un po’ di scienza al liceo

Il lavoro di eDNA si sta evolvendo in altri modi importanti. Quest’estate Andrés si è dedicato all’editoria ricerca La loro visualizzazione può indicare non solo la presenza di una specie, ma anche la diversità genetica all’interno di una determinata popolazione.

Ciò apre nuove possibilità per proteggere le popolazioni di fauna selvatica in pericolo e vulnerabili e per gestire le specie invasive distruttive.

Se ricordate le lezioni di scienze del liceo, ricorderete che nelle cellule della maggior parte degli animali, il nucleo contiene due copie del codice genetico completo.

Ma le cellule possono contenere centinaia di copie extra di una versione più piccola del codice genetico dei mitocondri. I mitocondri sono organelli all’interno delle cellule responsabili della generazione dell’energia di cui abbiamo bisogno per vivere.

La maggior parte delle ricerche sull’eDNA si concentra sul DNA mitocondriale perché ce n’è così tanto che ne facilita il rilevamento. Mentre il DNA mitocondriale è utile per distinguere tra le specie, il codice genetico nucleare può fornire molte informazioni sulla diversità all’interno delle specie.

Ma fino allo studio di Andres, non era chiaro se il DNA nucleare potesse essere valutato utilizzando le tecniche eDNA.

Studio del ghiozzo rotondo

Andres e il suo team hanno scoperto che ciò poteva essere fatto prelevando campioni di tessuto dai ghiozzi rotondi e campioni di DNA dalle acque in cui vivevano i pesci. Hanno scoperto che i due metodi fornivano informazioni genetiche comparabili quando si concentravano sul DNA nucleare.

Questo è importante perché le informazioni più dettagliate disponibili nell’eDNA potrebbero permetterci di tracciare l’origine di un nuovo gruppo invasivo, come il ghiozzo rotondo con cui ha lavorato Andres.

I ghiozzi rotondi, arrivati ​​nei Grandi Laghi dall’Europa e dall’Asia all’inizio degli anni ’90 tramite la zavorra delle navi, sono rimasti qui abbastanza a lungo da evolvere un codice genetico leggermente diverso rispetto ai ghiozzi rotondi che nuotano nei laghi europei e asiatici.

Il DNA mitocondriale può avvisarci della loro presenza. Ma il DNA è abbastanza sensibile da dire se c’è un gruppo di nuovi arrivati, il che potrebbe permetterci di capire come sono arrivati ​​e elaborare un piano per fermarli.

L’EDNA può anche aiutare a mostrare lo stato delle specie vulnerabili, senza la necessità di cacciare specie già rare e vulnerabili. Questo perché quando un gruppo di animali comincia a estinguersi, spesso subisce una perdita di diversità genetica.

L’EDNA potrebbe consentirci di rilevare prima il calo della popolazione in modo da poter svolgere un lavoro migliore nel proteggere le specie e i loro habitat.

“Quando ho iniziato il mio dottorato di ricerca, non conoscevamo nessuno che avesse tentato di cercare variazioni all’interno del genoma nucleare nel contesto del campionamento dell’eDNA – e non sapevamo nemmeno se fosse possibile”, afferma Andres. .

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