Il DNA ambientale rivela gli abitanti segreti della barriera corallina
Un team di ricerca internazionale sta utilizzando campioni di acqua marina per identificare i pesci della barriera corallina tropicale. Per identificare le specie e le famiglie, hanno utilizzato le tracce di DNA degli animali presenti nell'acqua. Tuttavia, non tutti i pesci possono essere tracciati in questo modo.
Le barriere coralline tropicali sono colorate, belle e ricche di specie. La diversità dei pesci è particolarmente elevata. I ricercatori stimano che nelle barriere coralline di tutto il mondo siano presenti fino a 8000 specie di pesci.
Tuttavia, le barriere coralline stanno scomparendo a un ritmo allarmante in tutto il mondo a causa del riscaldamento globale e dell'intervento umano, e non è ancora chiaro dove si trovino i pesci di barriera. Inoltre, non si sa esattamente quante specie esistano in totale.
Una delle ragioni è che molte specie di pesci conducono una vita molto segreta, sono molto simili tra loro o vivono in parte in apertura. Tali specie sono quindi difficili da individuare. Per individuare i pesci in un'area, la ricerca sulla biodiversità si è affidata soprattutto alle osservazioni visive dei subacquei o alla cattura dei pesci.
Il DNA ambientale aiuta a rintracciare le specie
Un nuovo metodo si sta facendo strada in ecologia per evitare queste difficoltà: il DNA ambientale (eDNA). L'idea alla base di questo nuovo approccio è che gli organismi viventi lascino il loro materiale genetico o parti di esso nell'ambiente.
I ricercatori devono quindi prelevare campioni d'acqua in un unico punto, isolare i frammenti di DNA che contengono e sequenziarli, cioè determinare la sequenza dei blocchi di DNA. Infine, possono confrontare le sequenze determinate con quelle di riferimento provenienti da determinati esemplari - e i ricercatori della biodiversità sanno già se una specie è presente nel luogo in questione.
Un team di ricerca internazionale guidato da ricercatori dell'Università di Montpellier (F) e dell'ETH di Zurigo ha ora utilizzato proprio questo processo per studiare la presenza di pesci di barriera.
I ricercatori hanno raccolto 226 campioni d'acqua in 26 località di cinque regioni marine tropicali nel 2017 e nel 2019 e hanno analizzato il DNA isolato da questi campioni, che hanno poi assegnato a specie o famiglie note.
Più diverse del previsto
In questo modo, i ricercatori hanno riscontrato una diversità dei pesci della barriera corallina superiore del 16% rispetto ai metodi di indagine convenzionali, come l'osservazione visiva durante le immersioni. "Grazie al metodo dell'eDNA, possiamo identificare molte specie e famiglie di pesci molto più velocemente rispetto all'osservazione", sottolinea Lo?c Pellissier, professore di Ecosistemi ed Evoluzione del Paesaggio all'ETH di Zurigo e uno dei due autori principali dello studio. Lo studio è stato appena pubblicato sulla rivista scientifica "The Proceedings of the Royal Society".
Le analisi del DNA sono state completate dopo soli due anni. Tuttavia, le osservazioni visive incluse nello studio sono state effettuate da innumerevoli osservatori e coprono 13 anni di indagini.
Con il nuovo approccio, i ricercatori hanno scoperto un maggior numero di specie che nuotano in acque libere (pelagiche), specie legate alla barriera corallina e specie che abitano le numerose grotte e crepe della barriera (criptobentoniche). I subacquei hanno meno probabilità di vedere questi pesci.
Molte delle specie pelagiche individuate preferiscono il mare aperto o le acque più profonde, oppure appartengono a famiglie che evitano l'uomo o non vivono in modo permanente nelle barriere coralline, come gli sgombri e i tonni della famiglia Scombridi e squali della famiglia dei Carcharhinidae (Squali requiem, come lo squalo pinna nera della barriera corallina).
La scoperta di queste specie è importante perché sono attivamente coinvolte nel funzionamento di una barriera corallina attraverso le loro migrazioni notturne verso la barriera. Il ruolo di questi pesci nell'ecosistema è quindi spesso sottovalutato.
Non (ancora) possibile senza osservazioni visive
Tuttavia, non tutte le specie possono essere registrate con la stessa facilità utilizzando l'eDNA, come ad esempio i pesciolini Labridi o blennies Blenniidae. Le banche dati di riferimento coprono solo parzialmente queste famiglie ricche di specie, spiega Pellissier. A causa di queste lacune, non è stato ancora possibile assegnare una parte considerevole dell'eDNA trovato nei campioni d'acqua.
Tuttavia, i ricercatori stanno lavorando a pieno ritmo per sviluppare ulteriormente l'approccio eDNA, sequenziare il DNA di altre specie di pesci e inserire i dati nei database di riferimento. Tuttavia, saranno ancora necessarie immersioni per registrare alcune specie difficili da individuare con l'eDNA, nonché per raccogliere informazioni biometriche come le dimensioni e la biomassa.
Il triangolo dei coralli è straordinariamente vario
Nello studio attuale, i ricercatori hanno confermato i risultati precedenti, secondo cui la composizione delle specie varia notevolmente tra le regioni marine biogeografiche. La diversità dei pesci è particolarmente elevata nel cosiddetto triangolo corallino tra Borneo, Papua Nuova Guinea e Filippine. Qui vivono fino a cinque volte più specie e famiglie di pesci rispetto ai Caraibi. Gli erbivori in particolare, comprese le specie che si nutrono di coralli, sono particolarmente numerosi nel Triangolo dei Coralli.
Secondo Pellissier, ciò ha a che fare con il fatto che quest'area era (ed è tuttora) molto attiva dal punto di vista tettonico nella storia della Terra e che si sono sviluppati molti habitat diversi. La temperatura superficiale di quest'area marina era inoltre più stabile durante le ere glaciali, motivo per cui si è potuto sviluppare un livello di diversità particolarmente elevato.
I Caraibi, invece, erano più soggetti al regime delle ere glaciali. Durante i periodi freddi, le barriere coralline e gli stock ittici si riducevano. Inoltre, più di 2,7 milioni di anni fa si formò l'Istmo di Panama che, tra l'altro, modificò le correnti oceaniche nei Caraibi. Entrambi gli eventi hanno portato a grandi ondate di estinzione.
Cooperazione internazionale
Per questo studio, il consorzio di ricerca è stato sostenuto da Monaco Explorations, un'organizzazione del Principe di Monaco, tra gli altri. L'organizzazione ha deciso di mettere a disposizione degli scienziati una nave da ricerca per la prima parte del progetto. Questo ha permesso di raccogliere campioni d'acqua nei Caraibi e al largo della costa della Colombia. Altri campioni sono stati raccolti in viaggi separati, anch'essi finanziati dalla corte monegasca.
"Per me, come ricercatore svizzero, era estremamente importante far parte di una collaborazione internazionale", afferma Pellissier. Senza il collegamento con partner in Francia, Colombia, Indonesia e Australia, non sarebbe stato in grado di condurre questo studio. E: "In Svizzera non possiamo condurre ricerche isolate di questo livello".
Un'altra spedizione per raccogliere campioni d'acqua è prevista per quest'anno. Questa volta i ricercatori vogliono campionare le acque tropicali dell'Oceano Indiano tra il Sudafrica e le Seychelles. Questa spedizione, che andrà a integrare i campioni degli anni precedenti, ha dovuto essere rinviata a causa di Covid.
Letteratura di riferimento
Mathon L, Marques V, Mouillot D, et al. Cross-ocean patterns and processes in fish biodiversity on coral reefs through the lens of eDNA metabarcoding. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, volume 289, numero 1973. pubblicato il 20 aprile 2022: pagina esterna10.1098/rspb.2022.0162