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Una tecnologia rivoluzionaria: l’eDNA

18 febbraio 2019

By Jake Riley

Un nuovo metodo di campionamento aiuta a rilevare la presenza di specie acquatiche rare in tempo reale

Traduzione e adattamento di Matteo Rudello

Cosa hanno in comune gli esseri umani, le salamandre di Jefferson e il salmone atlantico? Tutti contengono acido desossiribonucleico - DNA - in ogni cellula. Tutti gli organismi viventi espellono materiale genetico unico nel loro ambiente: questo materiale viene chiamato DNA ambientale (eDNA).

Quando si tratta di pesci e di altre specie acquatiche, l'eDNA viene espulso attraverso la pelle, le feci, le urine, il sangue, il corpo, gli ovuli o lo sperma nell'acqua in cui vivono. Campionando l'acqua e analizzando questo eDNA, possiamo rilevare la presenza della specie che stiamo cercando (nota anche come specie bersaglio).

In questo momento, il nostro pianeta sta affrontando dei problemi legati alla perdita di biodiversità e alcune situazioni difficili per quanto riguarda le specie rare e in via di estinzione. A livello globale, innumerevoli specie vegetali e animali sono a rischio d’estinzione. Le popolazioni di alcuni organismi viventi sono diminuite ad un ritmo allarmante. È nostro compito quindi aiutare i nostri clienti a monitorare queste specie a rischio e i luoghi in cui vivono, che devono soddisfare i requisiti normativi per la protezione, così come aiutare a ideare progetti che riducano o evitino gli impatti nei confronti di queste specie.

Campionando l'acqua e analizzando questo eDNA, possiamo rilevare la presenza di una specie che stiamo cercando specificatamente (nota anche come specie bersaglio).

Una tecnologia all'avanguardia

In che modo eDNA si confronta con i metodi più convenzionali per l'osservazione e il rilevamento delle specie acquatiche, come ad esempio le reti da imbrocco e la pesca elettrica? Questi metodi convenzionali possono richiedere molto tempo, sono più costosi e possono danneggiare le specie bersaglio e il loro habitat. È qui che la nuova tecnologia eDNA offre un vantaggio.

Il test per l'eDNA non è affatto un nuovo metodo scientifico: esiste da circa 10 anni negli istituti di ricerca. La novità è il modo in cui campioniamo e analizziamo l'eDNA. In collaborazione con l'Università di Guelph (Canada) e Precision Biomonitoring, in Stantec stiamo implementando uno strumento portatile “Point of Need” per campionare, estrarre l’eDNA e analizzare la presenza di specie bersaglio sul campo. Questo nuovo strumento ci permette di produrre risultati scientifici accurati, in tempo reale. Invece di aspettare che i risultati dei test sull’eDNA passino attraverso un laboratorio, possiamo ottenerli in tempo reale sul campo, in meno di due ore.

L'eDNA si è dimostrato affidabile nel rilevare specie rare a bassa densità - ci aiuta nei casi in cui siamo alla ricerca di specie difficili da trovare. Rispetto ai metodi convenzionali, la tecnologia di rilevamento dell’eDNA è:

  • più sensibile
  • più efficiente in termini di costi
  • più sicura sia per le specie che per il personale sul campo
  • meno dannosa per l'ambiente
  • più obiettiva per l'identificazione delle specie

Il nostro strumento portatile “Point of Need” porta questa tecnologia affidabile sul campo con i nostri biologi. Lo combiniamo anche con test di laboratorio per confermare l'identificazione delle specie.

Risultati dal campo

In collaborazione con i nostri partner, abbiamo sviluppato test per 20 specie da utilizzare con lo strumento “Point of Need”. Studi degni di nota fino ad ora riguardano la salamandra di Jefferson, una specie in via d'estinzione in Ontario, e il salmone atlantico, il cui stato è a rischio secondo la Endangered Species Act negli Stati Uniti, ed è specie protetta anche in Canada.

Nel 2017, abbiamo testato 10 siti per la salamandra di Jefferson. 9 siti di prova su 10 hanno confermato i dati storici di presenza o assenza di specie, sulla base di indagini visive effettuate all'inizio della primavera. Tuttavia, i test eDNA in un sito hanno dimostrato che la salamandra di Jefferson era presente quando le indagini visive passate hanno indicato che era assente.

Allo stesso modo, nel 2018 abbiamo campionato cinque habitat di fiume per il salmone atlantico utilizzando l'eDNA. Non abbiamo rilevato il salmone atlantico nei corsi d'acqua; tuttavia, abbiamo rilevato eDNA a valle del nostro punto di controllo in campo - un singolo salmone atlantico in gabbia - confermando che lo strumento Point of Need funzionava.

Il nostro lavoro ha dimostrato che lo strumento usato per campionare l’eDNA si sta dimostrando veloce, economico e sensibile per rilevare la presenza di specie rare, a rischio e in pericolo di estinzione a bassa densità nell'ambiente.

Il test per l'eDNA non è affatto un nuovo metodo scientifico: esiste da circa 10 anni negli istituti di ricerca. La novità è il modo in cui campioniamo e analizziamo per l'eDNA.

Fattori chiave per risultati di successo

Il rilevamento dell'eDNA nell'ambiente acquatico dipende da diversi fattori quando si imposta un progetto di campionamento. L'intensità del segnale eDNA dipenderà dalla recente presenza della specie bersaglio e dalla durata della presenza della specie. Anche la densità della popolazione e la fase del ciclo di vita sono fattori che possono influenzare la quantità di eDNA presente nel corpo idrico. La qualità dell'acqua può anche svolgere un ruolo nel degradare l'eDNA, quindi filtrare e analizzare l'eDNA sul posto con lo strumento “Point of Need” aiuta a gestire questo problema. Infine, le dimensioni dell'ambiente acquatico giocano un ruolo importante. Mentre un piccolo stagno o lago tratterrà probabilmente l'eDNA più a lungo, un fiume che scorre ha maggiori probabilità di trasferire l'eDNA residuo a valle.

Per massimizzare le nostre probabilità di successo, quando stabiliamo un piano di campionamento prendiamo in considerazione quanto segue:

  • Domande a cui il cliente deve rispondere
  • Controllo qualità - controlli sul campo positivi/negativi e test eDNA di laboratorio di back-up
  • Selezione del sito, distribuzione spaziale, volume del campione e numero del campione
  • Ecologia e storia della specie
  • Stagione

Una volta che abbiamo i campioni d'acqua a portata di mano, li filtriamo in loco. Poi li analizziamo con lo strumento “Point of Need” sul campo oppure conserviamo i filtri e li inviamo ad un laboratorio qualificato per effettuare il test eDNA. Stiamo collaborando con laboratori in Canada e negli Stati Uniti per soddisfare le nostre esigenze.

Uno sguardo al futuro

Stiamo procedendo con ulteriori applicazioni della tecnologia eDNA sul campo per rispondere alle esigenze dei clienti. Stiamo acquisendo sempre maggiore conoscenza, adattando e adottando gli strumenti eDNA per fornire servizi affidabili sulla presenza di specie rare sul campo. Stiamo utilizzando e pianificando gli strumenti eDNA per rilevare altre specie tra cui lo storione dal muso corto, la trota toro, il temolo artico, la bottatrice e il branzino a strisce. Siamo entusiasti di continuare a sviluppare test per altre specie per espandere l'uso complessivo degli strumenti eDNA per il rilevamento delle specie.

Il nostro lavoro ha dimostrato che lo strumento Point of Need per eDNA sta mantenendo la sua promessa di essere uno strumento veloce, economico e sensibile per rilevare la presenza di specie rare, minacciate e in pericolo di estinzione a bassa densità nell'ambiente.

Il nostro obiettivo? Aiutare i nostri clienti - in qualunque parte del globo - a soddisfare i loro requisiti normativi in modo efficace ed efficiente, riducendo i costi ed evitando impatti dannosi per le specie rare. L'utilizzo di un nuovo metodo di campionamento per aiutare a individuare le specie rare è solo l’inizio!  

 

Clicca qui per leggere la versione originale dell'articolo in inglese. 

  • Jake Riley

    Jake is a project manager and fisheries biologist. With his experience in endangered freshwater aquatic species and fish habitats, he has the scientific expertise to develop innovative solutions on all the projects he works on.

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