DNA dall’aria per rilevare la presenza di specie animali

Nuove tecniche utilizzate da due team di ricerca indipendenti potrebbero rivoluzionare il modo in cui misuriamo la biodiversità animale

[7 Gennaio 2022]

Due nuovi studi, “Measuring biodiversity from DNA in the air” e  “Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring”, pubblicati su Current Biology  da due diversi team di ricercatori dimostrano che il DNA ambientale (eDNA) raccolto dall’aria può essere utilizzato per rilevare un’ampia varietà di specie animali e fornisce un nuovo approccio non invasivo per il monitoraggio della biodiversità.

I risultati sono stati ottenuti da due team indipendenti, uno danese e l’altro del Regno Unito e Canada che si erano proposti di verificare se l’eDNA trasportato dall’aria potesse essere utilizzato per rilevare specie animali terrestri. Per farlo <, i ricercatori hanno raccolto campioni di aria in due zoo europei, l’Hamerton Zoo Park, nel Regno Unito, e il Copenhagen Zoo, il Danimarca.

Lo studio britannico è stato condotto da un team guidato da Elizabeth Clare , allora assistente professoressa  della York University, in Canada, poi docente alla Queen Mary University di Londra, mentre lo studio danese è stato condotto dalla professoressa associata Kristine Bohmann del Globe Institute dell’università di Copenaghen. Ognuno dei due team ha utilizzato un metodo diverso per filtrare l’eDNA nell’aria, ma entrambi sono riusciti a rilevare la presenza di numerose specie animali all’interno e all’esterno dei confini dei due zoo.

Il team della Bohmann ha raccolto campioni d’aria utilizzando 3 diversi dispositivi di campionamento: un normale aspirapolvere in commercio a base d’acqua e due ventilatori con filtri collegati, il più piccolo dei quali aveva le dimensioni di una pallina da golf. I ricercatori danesi hanno raccolto campioni d’aria nella stalla dell’okapi, nellla casa della foresta pluviale e all’esterno dei recinti all’aria aperta.

Il team della Clare ha utilizzato filtri sensibili collegati a pompe a vuoto per raccogliere più di 70 campioni d’aria da diversi siti intorno allo zoo, sia all’interno delle aree di riposo degli animali che all’esterno, nell’area dello zoo.

I risultati di entrambi gli studi hanno superato le aspettative degli scienziati.

La Clare spiega che «Quando abbiamo analizzato i campioni raccolti, siamo stati in grado di identificare il DNA di 25 diverse specie di animali, come tigri, lemuri e dingo, 17 delle quali erano specie conosciute dello zoo. Siamo stati persino in grado di raccogliere l’eDNA da animali che si trovavano a centinaia di metri di distanza da dove stavamo testando senza un calo significativo della concentrazione e persino da edifici sigillati all’esterno. Gli animali erano dentro, ma il loro DNA stava sfuggendo».

La Bohmann conferma lo stesso successo nell’altro studio: «Siamo rimasti sbalorditi quando abbiamo visto i risultati. In soli 40 campioni, abbiamo rilevato 49 specie tra mammiferi, uccelli, anfibi, rettili e pesci. Nella Rainforest House abbiamo anche rilevato i guppy nello stagno, il bradipo e il boa. Durante il campionamento dell’aria in un solo sito all’aperto, abbiamo rilevato molti degli animali con accesso a un recinto all’aperto in quella parte dello zoo, ad esempio kea, struzzo e rinoceronte».

Molte delle specie rilevate sono ospitate negli zoo, ma sorprendentemente entrambe i team hanno anche rilevato specie provenienti dalle aree. Il riccio eurasiatico, in via di estinzione nel Regno Unito, è stato rilevato al di fuori dello zoo di Hamerton, mentre l’arvicola e lo scoiattolo rosso sono stati rilevati intorno allo zoo di Copenaghen. Entrambi i team di ricerca hanno anche rilevato la presenza di alimenti per animali dello zoo, come pollo, mucca, cavallo e pesce. Gli scienziati dicono che «L’ampia gamma di specie rilevate mostra il potenziale che l’eDNA trasportato dall’aria potrebbe essere utilizzato per rilevare e monitorare le specie animali terrestri in natura. Questo in definitiva sosterrebbe gli sforzi di conservazione globale».

La Clare fa notare che «La natura non invasiva di questo approccio lo rende particolarmente prezioso per l’osservazione di specie vulnerabili o in via di estinzione, nonché di quelle in ambienti difficili da raggiungere, come grotte e tane. Non è necessario che siano visibili per farci sapere che si trovano in nell’area se riusciamo a raccogliere tracce del loro DNA, letteralmente dal nulla. Il campionamento dell’aria potrebbe rivoluzionare il biomonitoraggio terrestre e fornire nuove opportunità per tracciare la composizione delle comunità animali e rilevare l’invasione di specie non autoctone».

Gli organismi viventi rilasciano DNA negli ambienti circostanti mentre interagiscono con essi e negli ultimi anni l’eDNA è diventato uno strumento importante per il rilevamento delle specie in un’ampia varietà di habitat. Ad esempio, l’analisi eDNA dei campioni d’acqua viene utilizzata abitualmente per mappare le specie negli ambienti acquatici. Tuttavia, mentre l’aria circonda tutto sulla terra, è solo ora che è stato preso in considerazione l’eDNA nell’aria per il monitoraggio degli animali.

I ricercatori non si nasciondono che ci sia un problema: «Una delle cose principali quando si dimostra un nuovo tipo di campione di eDNA è garantire che i risultati siano affidabili poiché le analisi dell’eDNA sono molto sensibili e soggette a contaminazione».

Christina Lynggaard, che fa parte del team danese, aggiunge: «L’aria è un substrato difficile con cui lavorare poiché l’aria circonda tutto, il che significa che il rischio di contaminazione è alto. Volevamo assicurarci che le specie che abbiamo rilevato provenissero dallo zoo e non, ad esempio, dal laboratorio. Per assicurarci di non avere alcun DNA contaminante che fluttuava nell’aria nel laboratorio, abbiamo campionato l’aria dall’interno del laboratorio e sequenziato anche quello».

Per questi primi studi, è fondamentale essere in grado di replicare il lavoro. Fino al completamento degli studi, i team non erano a conoscenza del lavoro fatto dagli  altri ricercatori, ma erano entusiasti della natura parallela degli esperimenti. Clare e Bohmann concordano sul fatto che «Avere due gruppi di ricerca indipendenti che dimostrino che l’eDNA trasportato dall’aria può essere utilizzato per monitorare una vasta gamma di specie animali aumenta notevolmente la forza del loro lavoro e mostra chiaramente il potenziale della tecnica».

L’uso del campionamento di eDNA nell’aria in ambienti naturali richiederà ulteriori ricerche per sbloccare il suo pieno potenziale, ma entrambi i team di ricerca ritengono che «Potrebbe trasformare il modo in cui i ricercatori studiano e monitorano la biodiversità animale» e la Bohmann conclude: «Non pensavamo che aspirare il DNA animale dall’aria avrebbe funzionato. Questa scienza ad alto rischio e ad alta ricompensa con il potenziale per spingere i confini del biomonitoraggio dei vertebrati. Chiaramente il cielo non è il limite».