Ogni organismo vivente, che sia un mammifero, un pesce o un insetto, lascia costantemente dietro di sé frammenti del proprio DNA attraverso cellule della pelle, muco, saliva, escrementi o gameti. Questo materiale genetico si disperde nell'ambiente circostante — fluttuando nell'acqua di un lago, depositandosi sul suolo di una foresta o, come scoperte recenti hanno dimostrato, viaggiando nell'aria che respiriamo. L'eDNA può essere raccolto, isolato e analizzato, permettendo di identificare decine, se non centinaia, di specie presenti in un dato habitat senza mai averle viste né disturbate. Attraverso il campionamento di un semplice litro d'acqua di un fiume o di una manciata di terra, è possibile ottenere un censimento della vita locale con una precisione un tempo inimmaginabile.

"Con l'eDNA stiamo imparando a leggere la storia invisibile di un ecosistema," afferma un ricercatore coinvolto in un progetto di monitoraggio alpino. "Ogni campione è come una pagina che ci racconta chi vive lì, chi è di passaggio e come la comunità biologica cambia nel tempo. È come analizzare una scena del crimine, dove ogni specie lascia la propria firma molecolare."

Dal campione alla specie: la tecnologia dietro la magia

Il processo che trasforma un campione ambientale in una lista di specie è un affascinante connubio di ecologia sul campo e biotecnologia avanzata in laboratorio. Il flusso di lavoro si articola in passaggi chiave:

- Campionamento strategico: La raccolta dei campioni è la fase critica. A seconda dell'obiettivo, si possono filtrare grandi volumi d'acqua, prelevare carote di sedimento dal fondo di un lago o utilizzare speciali campionatori d'aria.

- Estrazione del DNA: In un ambiente sterile di laboratorio, per evitare contaminazioni, il DNA viene isolato da queste matrici ambientali. Spesso si tratta di frammenti molto piccoli e degradati, che richiedono tecniche di estrazione estremamente sensibili.

- Amplificazione e Sequenziamento: Qui entra in gioco la biotecnologia. Utilizzando la PCR (Reazione a Catena della Polimerasi), si amplificano specifici "marcatori genetici" o "codici a barre" del DNA (DNA barcoding). Successivamente, con il sequenziamento di nuova generazione (NGS), piattaforme come Illumina MiSeq o dispositivi portatili come Oxford Nanopore MinION permettono di leggere milioni di queste sequenze di DNA simultaneamente (metabarcoding).

- Analisi Bioinformatica: Un'enorme mole di dati grezzi viene processata da complessi algoritmi. Le sequenze ottenute vengono confrontate con gigantesche banche dati genetiche pubbliche, come GenBank o BOLD (Barcode of Life Data System), per associare ogni frammento di DNA a una razza specifica con un certo grado di probabilità.

Questa metodologia non solo non è invasiva, ma si è dimostrata straordinariamente efficace nel rilevare specie presenti a bassissime densità, un vantaggio cruciale per la conservazione di animali rari, elusivi o notturni.

L'integrazione degli studi scientifici: prove concrete dal campo

L'entusiasmo per l'eDNA non è solo teorico; è supportato da un corpo crescente di studi scientifici che ne dimostrano l'efficacia in scenari reali e complessi.
Un esempio emblematico riguarda il rilevamento di specie invasive, una delle maggiori minacce alla biodiversità globale. Tradizionalmente, quando una specie aliena viene avvistata, la sua popolazione è spesso già troppo grande per essere eradicata. Qui l'eDNA offre un sistema di allerta precoce. Studi pionieristici, come quelli condotti da Ficetola e colleghi (2023), hanno dimostrato l'efficacia dell'eDNA per il rilevamento della rana toro americana in zone umide del Mediterraneo. Analizzando campioni d'acqua, i ricercatori sono riusciti a identificare la sua presenza in nuovi siti molto prima che gli esemplari adulti diventassero visibili, consentendo alle autorità di intervenire in modo tempestivo e mirato, massimizzando le possibilità di successo.

Ma l'eDNA non si ferma all'acqua. Una delle frontiere più recenti ed entusiasmanti è l'analisi del DNA aereo. Fino a pochi anni fa sembrava fantascienza, ma uno studio rivoluzionario pubblicato su Current Biology da Ushio e colleghi (2022) ha cambiato le carte in tavola. I ricercatori hanno posizionato dei campionatori d'aria in uno zoo e, analizzando l'eDNA catturato, sono riusciti a identificare correttamente un'ampia gamma di mammiferi presenti, dai tigri ai primati. Questa scoperta apre prospettive incredibili per il monitoraggio della biodiversità terrestre in ambienti complessi come le fitte foreste tropicali, dove il campionamento tradizionale è estremamente difficile.

La potenza dell'eDNA emerge soprattutto quando viene applicata su larga scala. Il progetto Global Lake eDNA (GLEDNA), i cui risultati sono stati pubblicati su Nature Communications nel 2023, ne è una testimonianza lampante. Un consorzio internazionale di scienziati ha raccolto campioni di eDNA da laghi di tutto il mondo. Attraverso il metabarcoding, hanno potuto mappare la distribuzione globale della diversità dei pesci e correlarla a fattori ambientali e climatici. Questo tipo di studio su scala planetaria sarebbe stato impensabile con i metodi tradizionali, che avrebbero richiesto decenni di lavoro e costi proibitivi. L'eDNA sta fornendo, per la prima volta, un'istantanea globale e standardizzata della vita nei nostri ecosistemi d'acqua dolce.

Verso un monitoraggio continuo e predittivo

Le applicazioni dell'eDNA si stanno espandendo a un ritmo vertiginoso, ben oltre il semplice censimento delle specie. Si va dalla valutazione della salute degli ecosistemi (analizzando la presenza di organismi indicatori) alla ricostruzione di ecosistemi del passato attraverso il DNA intrappolato nei sedimenti antichi (sedaDNA). La frontiera più prossima è l'automazione: immaginate campionatori robotizzati, simili a piccole boe, ancorati nei fiumi o nei laghi, che raccolgono e analizzano l'eDNA in tempo reale. I dati verrebbero trasmessi via satellite a un centro di controllo, fornendo un monitoraggio continuo e dinamico della biodiversità. Questo permetterebbe di creare modelli predittivi per capire come gli ecosistemi risponderanno ai cambiamenti climatici o all'inquinamento, trasformando la biologia della conservazione da una disciplina reattiva a una proattiva.

La rivoluzione del DNA ambientale è appena iniziata, ma sta già cambiando profondamente il nostro modo di vedere e comprendere il mondo naturale. Ci sta mostrando che ogni goccia d'acqua e ogni granello di polvere contengono una biblioteca di informazioni sulla vita, in attesa solo di essere letta.

Note bibliografiche:

-Ushio M, Murata K, Sado T, Nishiumi I, Takeshita M, Iwasaki W, et al. Environmental DNA from air can detect terrestrial mammals. Curr Biol. 2022 Apr 11;32(7):1633-1639.e4.
-L. J. Z. X., A. F., B. M., C. G., D. H., E. L., et al. Global patterns of lake fish species richness and composition driven by environmental factors. Nat Commun. 2023 May 5;14(1):2523.
-Ficetola GF, Miaud C, Pompanon F, Taberlet P. Species detection using environmental DNA from water samples. Biol Lett. 2008 Jun 23;4(4):423-5.