Studiare ciò che vive in un lago, in un fiume o in una zona umida non è semplice. Molte specie sono difficili da osservare direttamente, possono essere presenti soltanto in alcuni periodi dell’anno oppure occupare ambienti poco accessibili. Quando una popolazione è rara o distribuita su un territorio molto ampio, anche campagne di monitoraggio impegnative possono non riuscire a rilevarla.
Eppure, conoscere quali organismi sono presenti e come cambia la loro distribuzione è essenziale per gestire le risorse acquatiche, valutare gli effetti antropici e definire strategie di conservazione.
Il Global Plan of Action for the Conservation, Sustainable Use and Development of Aquatic Genetic Resources for Food and Agriculture, pubblicato dalla FAO nel 2022, richiama proprio la necessità di migliorare la caratterizzazione, il monitoraggio e la gestione delle risorse genetiche acquatiche.
In questo contesto, l’analisi del DNA può aggiungere una nuova fonte di informazione agli strumenti tradizionali.
Che cosa sono le risorse genetiche acquatiche
Le risorse genetiche acquatiche per l’alimentazione e l’agricoltura comprendono le specie utilizzate nella pesca e nell’acquacoltura, le popolazioni allevate e i loro parenti selvatici. Ne fanno parte pesci, molluschi, crostacei, alghe e altri organismi acquatici di interesse alimentare, produttivo o gestionale.
La diversità presente all’interno di queste risorse è importante quanto il numero delle specie. Popolazioni della stessa specie possono infatti possedere caratteristiche differenti, legate all’adattamento alle condizioni locali, alla resistenza alle malattie, alla crescita o alla tolleranza alle variazioni ambientali.
Questa diversità può essere compromessa dalla perdita degli habitat, dall’inquinamento, dal cambiamento climatico, dal sovrasfruttamento, dall’introduzione di specie aliene e dall’interazione tra popolazioni selvatiche e organismi provenienti da allevamenti o programmi di ripopolamento.
Il problema, quindi, non è soltanto sapere quali specie siano presenti, ma anche comprendere quali popolazioni stiamo gestendo e come cambino nel tempo.
Le tracce invisibili lasciate nell’ambiente
Gli organismi acquatici rilasciano continuamente nell’ambiente cellule, muco, frammenti di tessuto, escreti, gameti e altro materiale biologico. Queste tracce possono contenere DNA ed essere raccolte attraverso campioni di acqua o sedimento.
Si parla in questo caso di DNA ambientale o eDNA.
L’analisi non richiede necessariamente la cattura o l’osservazione diretta dell’organismo. Attraverso il DNA presente nel campione è possibile cercare segnali riconducibili a una determinata specie oppure ottenere una rappresentazione più ampia della comunità biologica.
Questo rende l’eDNA particolarmente interessante quando:
- la specie è rara, elusiva o difficile da catturare;
- l’ambiente è esteso o poco accessibile;
- occorre esaminare numerosi siti;
- si vuole ridurre l’impatto del campionamento sugli organismi;
- è necessario ripetere il monitoraggio nel tempo;
- si cerca di individuare precocemente una specie aliena o una nuova presenza.
Il campionamento resta però un passaggio decisivo. Un’analisi molto sensibile non può compensare completamente un prelievo effettuato nel luogo o nel momento sbagliato.
Una specie precisa o un’intera comunità?
Non esiste una sola analisi dell’eDNA. La tecnologia deve essere scelta in funzione della domanda.
Quando l’obiettivo è verificare la presenza di una specie specifica, è possibile utilizzare un test molecolare mirato. La qPCR permette di amplificare e rilevare una determinata sequenza genetica, mentre la digital PCR può offrire una misura particolarmente sensibile del numero di copie del target presenti nel campione.
Questo approccio può essere utile, ad esempio, per cercare una specie rara, controllare la diffusione di un organismo invasivo o verificare la presenza di una specie oggetto di conservazione o gestione.
Se invece la domanda è più ampia, “quali specie sono presenti in questo ambiente?”, si può ricorrere al metabarcoding. Il DNA estratto dal campione viene analizzato attraverso marcatori in grado di rilevare più organismi contemporaneamente, producendo un quadro della comunità biologica compatibile con il metodo e con i riferimenti disponibili.
I due approcci non sono alternativi in senso assoluto. Il metabarcoding può essere utilizzato per uno screening generale, mentre qPCR e dPCR possono approfondire la ricerca di target prioritari.
Che cosa può dirci davvero l’eDNA
L’eDNA è uno strumento potente, ma il significato del risultato deve essere valutato con attenzione.
La rilevazione di una sequenza indica che DNA riconducibile a un organismo è presente nel campione analizzato. Non dimostra automaticamente quanti individui siano presenti, se siano vivi, quale sia la dimensione della popolazione o da quanto tempo il materiale genetico si trovi nell’ambiente.
Il DNA può essere trasportato dalla corrente, degradarsi con velocità differenti oppure essere distribuito in modo non omogeneo. Un organismo presente nell’area può inoltre non essere rilevato se rilascia poco DNA, se il campionamento non intercetta il segnale o se nel campione sono presenti sostanze che interferiscono con l’analisi.
Per questo i programmi di monitoraggio devono prevedere repliche, controlli, procedure di prevenzione delle contaminazioni e un disegno di campionamento coerente con l’ecologia della specie e con le caratteristiche del sito.
Anche la quantità di DNA rilevata non può essere trasformata automaticamente nel numero di organismi presenti. La relazione dipende da numerosi fattori biologici e ambientali e deve essere studiata e validata per il singolo sistema.
Dalla presenza della specie alla diversità genetica
Un’altra distinzione importante riguarda il livello dell’informazione ottenuta.
Un comune test eDNA o un’analisi di metabarcoding possono rilevare una specie, ma generalmente non sono sufficienti per descrivere la diversità genetica delle sue popolazioni.
Per stabilire se due popolazioni della stessa specie siano differenti, valutare fenomeni di ibridazione, ricostruire l’origine di individui allevati o analizzare gli effetti genetici di un ripopolamento sono necessari marcatori intraspecifici e studi dedicati, spesso basati su tessuti prelevati dagli organismi.
Gli strumenti molecolari rispondono quindi a livelli diversi:
- identificazione di un organismo raccolto: DNA barcoding;
- ricerca di una specie nell’ambiente: qPCR o digital PCR su eDNA;
- descrizione di una comunità acquatica: metabarcoding;
- studio della diversità tra popolazioni: marcatori intraspecifici o analisi genomiche.
Questa distinzione è essenziale per non confondere il monitoraggio della presenza con la caratterizzazione vera e propria di una risorsa genetica.
Dal singolo campione al monitoraggio nel tempo
Il maggiore valore dell’eDNA emerge quando l’analisi non rimane isolata, ma viene inserita in un programma strutturato.
Campionamenti ripetuti, eseguiti con procedure confrontabili, possono contribuire a costruire una situazione di riferimento e a osservare la comparsa, la scomparsa o la variazione nella distribuzione dei segnali biologici.
Le informazioni molecolari possono così affiancare rilievi faunistici, dati ambientali e conoscenze ecologiche per supportare:
- monitoraggi di specie di interesse conservazionistico;
- sorveglianza di specie aliene;
- valutazione di interventi di ripristino;
- controllo di bacini, corsi d’acqua e zone umide;
- gestione di programmi di conservazione e ripopolamento;
- studio della biodiversità associata ai sistemi agricoli e produttivi.
Le esperienze maturate da FEM2 in progetti nazionali e territoriali , dal monitoraggio eDNA su vasta scala alle attività dedicate ad anfibi, crostacei e biodiversità acquatica, mostrano come il risultato di laboratorio sia soltanto una parte del percorso. La definizione dell’obiettivo, il campionamento, la scelta del metodo e l’interpretazione ecologica sono altrettanto importanti.
L’acqua può conservare molte tracce degli organismi che la abitano. Trasformarle in informazioni affidabili richiede però metodi validati, controlli adeguati e domande formulate correttamente.
È questo passaggio, dalla semplice rilevazione di DNA alla costruzione di un dato utilizzabile, che rende l’eDNA uno strumento concreto per conoscere e gestire le risorse acquatiche.
