Il DNA nascosto sta rivelando i segreti della vita degli animali

Erano trascorsi più di 140 anni da quando una sirena del Rio Grande, una scivolosa salamandra con due gambe e lunga un piede, protetta dallo stato del Texas, period stata trovata vicino a Eagle Cross, una città al confine tra Stati Uniti e Messico. Ma nel 2019, la studentessa laureata dell’Università del Texas Krista Ruppert si è resa conto di non aver bisogno di una sirena in mano per dimostrare che erano ancora lì.

Le serviva solo una brocca di acqua fangosa da filtrare.

A Eagle Cross, Ruppert ha trovato abbastanza DNA ambientale (traccia materiale genetico lasciato mentre gli organismi strisciano, nuotano o si fanno strada attraverso la vita) per stabilire che gli sfuggenti anfibi vivono ancora nell’space, all’estremo confine occidentale del loro areale conosciuto.

Nell’ultimo decennio circa, il DNA ambientale, o eDNA, ha rivoluzionato la ricerca marina e acquatica consentendo agli scienziati di campionare “un intero ecosistema” con un litro d’acqua. Ora, dopo una serie di esperimenti sulla terraferma negli ultimi anni, l’eDNA è diventato la chiave dello scheletro dei biologi. È una tecnica relativamente economica, non invasiva e semplice che può essere modificata per studiare qualsiasi forma di vita e spesso richiede meno tempo e meno lavoro rispetto ai metodi precedenti.

Ecco un campione dei luoghi più sorprendenti in cui gli scienziati hanno trovato il DNA nascosto, dalle spiagge al ventre degli scarafaggi, al vento, e cosa ci stanno insegnando queste scoperte.

Fermati e tampona le rose

Nel 2017, i ricercatori dell’Università di Aarhus in Danimarca hanno avuto un problema: hanno strappato un mazzo di fiori di campo da due campi danesi e li hanno immersi in un bagno chimico per estrarre il DNA sulla loro superficie.

“In realtà non eravamo davvero sicuri se questo avrebbe funzionato”, afferma l’assistente professore di biologia Eva Egelyng Sigsgaard.

Con loro sorpresa, un singolo fiore di sedano selvatico portava il DNA di 25 specie di insetti, ragni e altri artropodi. Su 56 fioriture, hanno rilevato eDNA da almeno 135 specie con un’enorme diversità, da una vasta gamma di impollinatori tra cui falene e api a coleotteri predatori.

“Quello che è impressionante qui è che otteniamo specie che hanno un arco di tempo molto breve di interazioni” – come i secondi che una farfalla impiega per inghiottire il nettare prima di volare through – “a specie che completano il loro intero ciclo di vita sul fiore”, come come afidi, cube Philip Francis Thomsen, un altro professore di biologia associato dell’Università di Aarhus che ha studiato l’eDNA per più di un decennio.

I campioni di DNA ambientale prelevati dai fiori potrebbero fornire le informazioni necessarie su una regione o sugli impollinatori più attivi delle specie vegetali. Advert esempio, gli scienziati ritengono che i contributi di falene e mosche siano drammaticamente sottovalutati e potrebbero essere un obiettivo importante per gli sforzi di conservazione.

Agenti patogeni nella sabbia

Le spiagge di sabbia bianca della Florida sono ricoperte di eDNA e non solo dai turisti. Un staff di scienziati dell’Università della Florida ha recuperato materiale genetico dalle impronte lasciate dalle singole tartarughe caretta, che pesano circa due quarti, mentre si dirigono dal nido al mare.

Ulteriori analisi dei campioni di sabbia hanno dimostrato che l’eDNA può aiutare i ricercatori a monitorare non solo le specie, ma anche la diffusione della malattia.

Le minuscole tracce contenevano anche eDNA di ChHV5, un virus che causa le debilitanti escrescenze cancerose della fibropapillomatosi in giovani tartarughe di molte specie. La scoperta sfida la teoria dominante secondo cui la malattia viene trasmessa orizzontalmente, attraverso la colonna d’acqua o tra il contatto diretto tra tartarughe giovanili.

“Rilevare il virus in un cucciolo nuovo di zecca apre una grande domanda sul fatto che anche la trasmissione verticale” dalla madre al cucciolo “sia in gioco”, afferma Jessica Farrell, una recente laureata all’Università della Florida e prima autrice di lo studio.

Ciò “avrebbe un effetto a catena davvero grande in termini di come cercheremmo di mitigare questa malattia in futuro”, afferma.

Cieli azzurri

Al culmine del blocco del 2020, Christina Lynggaard, allora post-dottorato presso l’Università di Copenaghen, ha utilizzato una varietà di aspirapolvere per aspirare aria allo zoo di Copenaghen. Lei e la sua consulente, Kristine Bohmann, professoressa associata di ecologia molecolare, non si aspettavano molto: forse avrebbe raccolto il DNA da un okapi se fosse rimasta nella stalla della specie, pensò.

Ma i risultati hanno superato i loro sogni più sfrenati. Filtrando l’aria in diversi siti dello zoo, Lynggaard alla wonderful ha rilevato 49 specie di animali, alcune ospitate fino a centinaia di metri di distanza: uccelli, rettili, mammiferi e persino pesci che venivano nutriti con specie di predatori.

“Avevamo la pelle d’oca, le lacrime agli occhi”, cube Bohmann. “Lynggaard ha mostrato qualcosa che può cambiare l’intero campo del monitoraggio dei vertebrati terrestri”, riferendosi agli animali che vivono sulla terraferma.

All’insaputa di Lynggaard, uno studio quasi identico è stato condotto contemporaneamente in uno zoo nel Regno Unito. I loro risultati hanno fatto eco a quelli del staff danese, trovando 25 specie, tra cui, deliziosamente, un riccio eurasiatico selvatico che i custodi vedevano regolarmente vagare nelle proprietà dello zoo.

Le scoperte gemelle hanno segnato uno spartiacque nella storia dell’eDNA, ma ciò che si sono perse è stato affascinante quasi quanto ciò che hanno catturato. Alcune specie non sono mai state rilevate e le dimensioni del corpo di un animale e il numero di individui non sembravano sempre avere un’incidenza sull’intensità delle letture.

“Quando stavo passeggiando per lo zoo, ho avuto l’concept che se avessi potuto annusare un animale, probabilmente sarei stato in grado di rilevarlo”, afferma Beth Clare, assistente professore di biologia alla York College in Canada e chief del Regno Unito- studio basato.

“Ho pensato, se sto annusando qualunque cosa – ormoni, feromoni o l’odore che stanno rimandando – certo, ci deve essere del DNA trasportato con quelle goccioline”. Ma l’eDNA del residente più puzzolente dello zoo, un lupo dalla criniera, è sfuggito ai loro filtri.

Ora, entrambe le squadre stanno lavorando per perfezionare le proprie tecniche. Clare e colleghi hanno distribuito quattro cicli di prototipi in ambienti naturalistici dall’Ontario ai tropici, cube, e stanno sperimentando la raccolta passiva (cioè filtri senza aspiratori) di eDNA dalla polvere.

“La nostra scoperta più interessante è che il materiale non si sta accumulando in modo casuale”, afferma. “Quando gli animali sono attivi, vengono rilevati, [and] quando vanno in letargo, lo fa anche il segnale.

Queste nuove scoperte, che sono attualmente in fase di revisione per la pubblicazione, sono un grande sollievo per Clare e un segno di buon auspicio per il futuro dell’eDNA nell’aria.

“Una delle prime preoccupazioni [was] che non ci sarebbe alcun segnale reale: il rischio “tutto è ovunque”, spiega. “È stato suggerito che il vento avrebbe semplicemente spostato il DNA tutt’intorno, rendendolo una zuppa omogenea. I nostri dati suggeriscono il contrario”.

L’oceano aperto

La dinamica della popolazione per lo squalo balena, un gigante enigmatico che preferisce le acque profonde dell’oceano aperto e non ha bisogno di emergere per l’aria, rimane un mistero per gli scienziati.

Per sapere come sono correlate le various popolazioni di squali in through di estinzione, gli scienziati usano in genere lance manuali per prelevare biopsie dai loro corpi.

“È come un piccolo cilindro che ottieni, fondamentalmente una sezione trasversale della pelle e nel tessuto adiposo” delle dimensioni della “punta del tuo mignolo”, afferma Laurence Dugal, dottoranda presso l’Università dell’Australia occidentale.

Ma una nuova ricerca pubblicata nel 2021 ha trovato un altro modo per arrivare ai geni di uno squalo balena: avvicinarsi alla bestia e stappare una bottiglia di Nalgene.

Raccogliendo campioni di eDNA a pochi metri dietro gli squali balena, Dugal e il suo staff hanno ottenuto letture abbastanza chiare da determinare gli aplotipi dei singoli squali, marcatori genetici che forniscono informazioni su dove vivevano i suoi antenati e sulla loro parentela con altre popolazioni. Erano una corrispondenza perfetta per le biopsie tradizionali prelevate dagli stessi individui.

“Ho trovato abbastanza sorprendente che siamo stati in grado di rilevare un segnale così dominante da loro in tutta quest’acqua”, spiega.

Informatori invertebrati

Ma il DNA non viene sempre lasciato indietro: alcune piccole creature raccolgono naturalmente materiale genetico dagli organismi con cui interagiscono per tutta la vita.

Un fiorente sottocampo dell’eDNA è l’iDNA, o DNA acquisito da invertebrati, in cui i “campionatori naturali” forniscono una comoda scorciatoia per gli scienziati.

I primi studi sulle spugne marine hanno scoperto che creano depositi accidentali di eDNA mentre filtrano, mentre le sanguisughe contengono una registrazione genetica dei loro pasti di sangue passati che possono durare fino a quattro mesi. I ricercatori hanno anche recuperato il DNA a livello di specie dalle viscere di scarabei stercorari che si sono nutriti delle feci di altri animali, compreso il materiale di maiali barbuti e cervi sambar.

Foglie di tè che raccontano il passato

I ricercatori dell’Università di Treviri e del Max Plank Institute in Germania hanno portato la loro ricerca sull’eDNA vicino a casa, forse a disagio. A giugno, il staff ha riferito di aver trovato eDNA da 1.279 specie distinte di insetti, ragni e altri artropodi in tè e spezie acquistati nei negozi di alimentari tedeschi.

Il tè verde ha vinto il primo premio (o l’ultimo, a seconda di come lo si guarda) con una media di 449 specie in ogni campione e, per estensione, ogni tazza di tè. Il campione di prezzemolo e camomilla, menta e tè verde conteneva eDNA di una media di 200 specie.

La scoperta che l’eDNA è ben conservato sulla materia vegetale secca conservata a temperatura ambiente sblocca un potenziale tesoro di nuovi dati, affermano gli autori. Gli esemplari botanici storici raccolti per secoli in tutto il mondo potrebbero contenere informazioni non ancora esaminate sulle specie che li circondavano in vita.

Nessun “proiettile d’argento”

Ma la nuova disciplina non è priva di inconvenienti: anche i maggiori sostenitori di eDNA affermano che è un supplemento, non un sostituto, per le tradizionali tecniche di campionamento sul campo.

Finora, l’eDNA non può rivelare l’età, il sesso o le condizioni fisiche di un organismo e, sebbene siano stati fatti recenti progressi, è difficile dire quanti individui ci siano dietro la lettura dell’eDNA per una specie. Avremo bisogno di trappole fotografiche e osservazione di persona vecchio stile per molti anni a venire. E mentre la raccolta dei campioni può essere piuttosto a bassa tecnologia, la contaminazione è una minaccia sia in laboratorio che sul campo.

Tuttavia, è difficile sopravvalutare il senso di meraviglia che gli scienziati provano per il potere della tecnica.

“Se sei mai stato in una foresta pluviale, hai visto tutti questi spettacoli sulla natura e sai che c’è così tanta vita là fuori”, cube Bohmann. “Poi arrivi lì e non vedi quasi nulla. Devi stare davvero motionless e, se sei fortunato, senti qualcosa che salta through. Ma con l’eDNA, all’improvviso ottieni questa istantanea di ciò che è là fuori: tutto questo mondo di diversità si apre a te”.

Leave a Comment

A note to our visitors

This website has updated its privacy policy in compliance with changes to European Union data protection law, for all members globally. We’ve also updated our Privacy Policy to give you more information about your rights and responsibilities with respect to your privacy and personal information. Please read this to review the updates about which cookies we use and what information we collect on our site. By continuing to use this site, you are agreeing to our updated privacy policy.