Questo è lo stato della diversità genetica degli organismi autoctoni

Il mondo non soffre solo di una crisi climatica, ma anche di una crisi della biodiversità. Molti ricercatori parlano già di un'estinzione di massa delle specie. Le ragioni sono molteplici, una delle quali è il riscaldamento globale, che sta cambiando rapidamente le condizioni ambientali.

Molti Paesi hanno avviato programmi di monitoraggio e conservazione della biodiversità. Nel 2001, ad esempio, la Svizzera ha creato il Programma svizzero di monitoraggio della biodiversità, che registra e monitora la diversità delle specie e degli habitat in modo standardizzato su centinaia di aree di studio di un chilometro quadrato.

Scatola nera della diversità genetica

In Svizzera, quindi, conosciamo abbastanza bene la diversità delle specie e degli habitat riconoscibili a occhio nudo. La situazione è diversa quando si tratta di conoscere la diversità genetica all'interno delle specie. Questa non può essere riconosciuta a occhio nudo. La sua registrazione è quindi più lunga e tecnicamente più impegnativa.

La diversità genetica è la materia prima dell'evoluzione e quindi il prerequisito per l'adattamento di una specie a un ambiente che cambia. Capire come cambia la diversità genetica all'interno di una specie e quali sono le sue cause aiuta a garantire la sopravvivenza a lungo termine. Le popolazioni animali o vegetali con una bassa variabilità genetica hanno un rischio maggiore di estinzione, poiché spesso non hanno la resilienza necessaria per resistere a malattie, agenti patogeni o condizioni climatiche estreme, o per reagire ai cambiamenti ambientali.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo e dell'Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio (WSL) vogliono ora colmare questa lacuna di conoscenze. Gli scienziati dell'ETH Chair of Ecological Plant Genetics stanno attualmente conducendo uno studio pilota per conto dell'Ufficio federale dell'ambiente (UFAM) per esplorare le possibilità di monitorare a lungo termine la diversità genetica di organismi autoctoni selezionati. Lo studio è stato avviato nel 2020 e durerà fino alla fine del 2023, diventando così un progetto pionieristico a livello mondiale.

Cinque specie messe alla prova

Nel loro studio pilota, i ricercatori si sono inizialmente concentrati su cinque specie animali e vegetali autoctone: il rospo natterjack (Epidalea calamita), il martello giallo (Emberiza citrinella), la fritillaria valeriana (Melitaea diamina) e il garofano certosino (Dianthus carthusianorum) e la cotonina delle guaine (Eriophorum vaginatum). Queste specie sono rappresentative di alcuni habitat importanti per la conservazione della natura, come prati secchi, torbiere alte, habitat per anfibi, terreni coltivati o zone di transizione tra foresta e prato.

I ricercatori hanno selezionato in modo casuale 30 località per ogni specie in tutta la Svizzera e hanno prelevato campioni da oltre 1200 esemplari singoli, dai quali hanno estratto il DNA in laboratorio.

I ricercatori dell'ETH sono stati supportati nella cattura e nella raccolta del tordo e del rospo natterjack da esperti dell'Istituto ornitologico di Sempach, del Centro di coordinamento svizzero per la conservazione di rettili e anfibi (Karch) e da specialisti delle specie di tre diversi uffici ecologici.

Il DNA degli organismi è stato poi completamente decodificato, cioè sequenziato, componente per componente, utilizzando attrezzature analitiche specializzate e computer ad alte prestazioni dell'ETH di Zurigo, che hanno generato enormi quantità di dati. "Le informazioni genetiche di una singola cellula di rospo natterjack riempirebbero oltre 630.000 pagine A4 se stampate. Si tratterebbe di una pila di carta alta 70 metri", spiega il responsabile del progetto Martin C. Fischer della cattedra di genetica vegetale ecologica dell'ETH.

Per confrontare la variabilità genetica odierna con quella del 1900 circa, i ricercatori hanno esaminato anche il DNA di esemplari fino a 200 anni fa provenienti da erbari e collezioni zoologiche, limitandosi però a due specie, la farfalla e l'erba del cotone.

I ricercatori hanno dovuto analizzare questi campioni in una camera bianca per evitare di contaminare le piccolissime quantità di DNA antico. "Il DNA di questi campioni museali è disponibile solo in frammenti e la sua qualità è simile a quella di un mammut di 10.000 anni fa nel permafrost", spiega il ricercatore sulla biodiversità. "L'analisi è stata estremamente lunga e laboriosa". I risultati del confronto del DNA sono ancora in attesa.

La diversità tra le specie e le popolazioni è molto variabile.

I ricercatori stanno ora lavorando a pieno ritmo per analizzare ed elaborare i dati. Tuttavia, le prime tendenze sono già riconoscibili.

La diversità genetica del moscardino, la specie più mobile tra quelle studiate, è ancora abbastanza uniforme in tutto il Paese. Al contrario, alcune popolazioni di rospo natterjack sono geneticamente impoverite. ? possibile che manchino gli scambi con le popolazioni vicine, geneticamente più diversificate.

I rospi di palude popolano gli specchi d'acqua temporanei su banchi di ghiaia e sabbia creati da fiumi dinamici e incontrollati. Tuttavia, poiché tali habitat sono diventati molto rari in Svizzera, questa specie di anfibio colonizza le cave di ghiaia e argilla e le aree di addestramento militare, che sono spesso isolate e sparse nel paesaggio. Ciò le rende inaccessibili ai rospi in cerca di nuovi habitat e partner: le popolazioni non si mescolano più.

"Piccole popolazioni isolate con una bassa diversità genetica e un alto grado di consanguineità hanno un alto rischio di estinzione", sottolinea Fischer. Anche un evento casuale, come un'estate calda o un nuovo parassita, può causare l'estinzione locale della specie. Se la diversità genetica fosse maggiore, gli animali sarebbero in grado di affrontare meglio questi eventi casuali e le nuove influenze ambientali.

Il caso è diverso per il garofano certosino, una pianta presente nei prati secchi. "Abbiamo riconosciuto diversi lignaggi evolutivi geneticamente distinti", spiega Fischer. Queste linee si sono probabilmente originate durante una delle ultime glaciazioni, a cui la specie è sopravvissuta in vari rifugi al di fuori delle Alpi. Da lì, i garofani sono migrati in Svizzera e in altre parti d'Europa dopo lo scioglimento dei ghiacciai.

Con grande sorpresa, tuttavia, i ricercatori hanno scoperto piante appartenenti a un altro lignaggio genetico che è originario dell'Europa orientale e non dovrebbe essere presente in Svizzera. Questa variante genetica è esternamente indistinguibile dai garofani certosini autoctoni e, secondo Fischer, viene seminata con sementi non autoctone per la rivegetazione nelle misure di compensazione ecologica o nei giardini privati. Ciò consente alle varietà introdotte di impollinare in modo incrociato con le piante locali e di introdurre una diversità genetica che si è sviluppata altrove in condizioni ambientali diverse ed è quindi estranea al sito. Ciò potrebbe indebolire la popolazione.

"? difficile prevedere come l'impollinazione incrociata di queste linee genetiche non autoctone influenzerà le piante autoctone e deve quindi essere monitorata", sottolinea Fischer. "Purtroppo, quando si tratta di sementi per le aree di compensazione ecologica e per i giardini privati, a volte si presta attenzione solo alla composizione delle specie, ma non all'origine genetica".

Il ricercatore sulla biodiversità e i suoi collaboratori sperano di completare le analisi entro la fine dell'anno. Stanno già pianificando uno studio di follow-up di due anni per prepararsi al monitoraggio a lungo termine e acquisire ulteriore esperienza nella raccolta, valutazione e archiviazione standardizzata dei dati. L'obiettivo è analizzare geneticamente 50 specie ogni cinque-dieci anni. I ricercatori sono particolarmente interessati a includere nel programma di monitoraggio genetico mammiferi come i pipistrelli, organismi forestali e acquatici e funghi.