L'eDNA antico svela i cambiamenti nella biodiversità marina in Islanda

Negli ultimi decenni, gli ecosistemi marini globali hanno subito cambiamenti significativi, principalmente a causa delle attività umane. La vita marina e la Biodiversità affrontano molte minacce, ed è fondamentale documentare questi cambiamenti per gestire meglio le risorse e proteggere efficacemente gli ecosistemi. I dati sulla biodiversità in serie temporali, che tracciano i cambiamenti nella vita marina nel tempo, possono rivelare quanto velocemente questi ecosistemi stanno cambiando e aiutare a fissare obiettivi per il loro ripristino.

Nonostante l'importanza di questi dati, la maggior parte delle informazioni disponibili copre solo poche decadi. Anche gli studi più lunghi offrono una visione limitata degli ecosistemi marini prima dei tempi industriali. Comprendere queste condizioni passate è cruciale perché si riconosce sempre di più come le attività umane preistoriche abbiano impattato gli ambienti marini. La ricerca in settori come l'ecologia storica e l'archeologia ha rivelato che l'influenza umana su questi ecosistemi si estende molto più indietro di quanto possa osservare il monitoraggio attuale.

Mentre i dati storici forniscono una visione da una prospettiva umana attraverso registri come i diari di pesca, spesso non misurano direttamente i cambiamenti nella biodiversità. D'altra parte, la paleoecologia analizza gli ecosistemi naturali su lunghi periodi, ma è limitata dal fatto che solo una piccola frazione della biodiversità viene preservata come fossile. Questa situazione ci lascia con poche informazioni sulla biodiversità marina passata con cui confrontare ciò che vediamo oggi.

Una sfida nella comprensione dei cambiamenti degli ecosistemi è il concetto di "sindrome della base mobile", dove le persone assumono che le condizioni entro la memoria viva siano normali. Di conseguenza, i cambiamenti a lungo termine possono rimanere non riconosciuti. Questo problema evidenzia un gap nella conoscenza riguardo alla biodiversità pre-umana e all'effetto complessivo che gli esseri umani hanno avuto sugli ecosistemi marini.

#DNA Ambientale: Un Nuovo Approccio

Gli organismi rilasciano DNA nel loro ambiente durante tutta la loro vita. Questo materiale genetico può accumularsi nei Sedimenti marini, fornendo un record della biodiversità passata. L'analisi di questo antico DNA ambientale (eDNA) sta diventando un metodo popolare per studiare gli ecosistemi marini passati. La ricerca che utilizza sedimenti marini ha ricostruito con successo le popolazioni di pesci passate, dimostrato come gli ecosistemi siano cambiati a causa di influenze naturali e umane, e rivelato ecosistemi precedentemente sconosciuti che esistevano milioni di anni fa.

Ci sono due metodi principali per analizzare i dati sulla biodiversità dall'eDNA marino: metagenomica e metabarcoding. Anche se entrambi i metodi producono dati di sequenziamento ad alta capacità, il metabarcoding si concentra su specifici marcatori del DNA per particolari gruppi tassonomici, mentre la metagenomica offre dati più completi a livello genoma. Gli studi indicano che entrambe le tecniche producono dati affidabili sulla biodiversità dai sedimenti marini risalenti agli ultimi 3.000-5.000 anni. Tuttavia, la metagenomica affronta attualmente sfide, inclusi meno sviluppi metodologici e meno metodi di analisi dei dati stabiliti.

#Studio di Caso: La Biodiversità Marina dell'Islanda

L'Islanda rappresenta un caso ideale per esaminare gli impatti umani sulla biodiversità marina attraverso l'eDNA antico. Quest'isola, situata appena a sud del Circolo Polare Artico, è stata uno degli ultimi luoghi abitati dagli esseri umani. I primi insediamenti permanenti in Islanda risalgono intorno all'877 d.C., occupati principalmente da popoli norvegesi e gaelici. Nel corso dei secoli, il governo dell'Islanda è cambiato tramite vari poteri, culminando nell'istituzione della Repubblica d'Islanda nel 1944.

La ricerca sul DNA antico da campioni di sedimenti indica che le specie vegetali terrestri in Islanda sono rimaste stabili per migliaia di anni prima dell'arrivo umano. Questo suggerisce che i primi coloni avrebbero incontrato un ambiente incontaminato dopo la deglaciazione dell'isola. Dati ecologici marini dal nord dell'Islanda rivelano come gli ecosistemi abbiano risposto ai cambiamenti climatici durante l'Olocene, ulteriormente indicativo di un ambiente marino possibilmente intatto al momento dell'insediamento.

I primi coloni islandesi dipendevano molto dalle risorse marine a causa delle difficili condizioni di crescita per i raccolti nel clima settentrionale. Le prove suggeriscono un cambiamento significativo nelle pratiche di sussistenza, passando principalmente dai mammiferi terrestri alle risorse marine, inclusi pesci e mammiferi marini. Questo cambiamento si riflette nei ritrovamenti archeologici, che mostrano una variazione nei tipi di resti trovati nei siti di insediamento.

#Raccolta di Dati Storici

Per studiare i cambiamenti nella biodiversità marina, sono stati raccolti campioni di carote di sedimento dal banco nord islandese. Due carote sono state analizzate per l'eDNA antico: una raccolta a maggio 2022 e l'altra a giugno 2006. Questi campioni sono stati maneggiati con cura per prevenire contaminazioni, e sono stati prelevati sottocampioni per l'estrazione del DNA.

Ogni carota è stata datata usando tecniche di datazione al radiocarbonio, oltre all'identificazione degli strati di tefra (cenere vulcanica) all'interno del sedimento. Il processo di datazione ha stabilito una cronologia per quando gli organismi vivevano negli strati campionati. Questa cronologia è fondamentale per comprendere come la biodiversità sia cambiata nel tempo.

#Analisi del DNA Antico

Una volta raccolti i campioni di sedimento, il DNA è stato estratto e analizzato per l'eDNA ambientale antico. Il processo di laboratorio ha coinvolto diversi passaggi per garantire l'accuratezza dei risultati, inclusa l'aggiunta di campioni di controllo per confermare che i metodi funzionassero correttamente. Le regioni del DNA mirate sono state amplificate utilizzando primers specifici progettati per catturare un ampio range di organismi marini.

I campioni di DNA amplificati sono stati poi sequenziati, generando milioni di letture di DNA. Queste letture sono state analizzate per identificare vari organismi presenti nei campioni di sedimento. L'analisi ha rivelato un'ampia gamma di biodiversità, con molte specie diverse identificate.

#Risultati sulla Biodiversità Marina

L'analisi dell'eDNA dai sedimenti marini dell'Islanda ha mostrato ecosistemi stabili negli ultimi tremila anni. L'identificazione dei gruppi tassonomici ha rivelato che le diatomee, un tipo di fitoplancton, costituivano una parte significativa della vita marina. Tuttavia, due specie di pesci, il merluzzo e l'aringa, sono state punti focali per esaminare gli impatti umani.

I tassi di rilevamento del merluzzo sono rimasti sostanzialmente invariati durante il periodo di studio, suggerendo un impatto umano minimo sulle loro popolazioni. Al contrario, i tassi di rilevamento dell'aringa sono diminuiti, mostrando una chiara correlazione con le variazioni della temperatura della superficie del mare. Questa scoperta indica che i fattori climatici naturali hanno giocato un ruolo più significativo nella formazione della biodiversità marina rispetto alle attività umane durante i tempi preindustriali.

#Contesto delle Attività Umane

La popolazione umana in Islanda è cresciuta rapidamente dopo l'insediamento, raggiungendo un picco intorno al 1400 d.C. prima di subire un calo brusco a causa di malattie come la Peste Nera. Il record archeologico riflette un cambiamento nell'uso delle risorse, passando da un focus su mammiferi terrestri a pesci marini. Questo cambiamento evidenzia la dipendenza dalle risorse marine man mano che le popolazioni umane si espandevano.

Confrontando i record climatici dell'Islanda si osserva anche come l'ambiente sia cambiato nel tempo. La variabilità in questi record si collega a modelli climatici più ampi, come l'Anomalia Climatiche Medievale e la Piccola Era Glaciale. Queste fluttuazioni climatiche hanno probabilmente influenzato gli ecosistemi marini, con periodi di raffreddamento che hanno portato a cambiamenti nelle popolazioni di pesci.

#L'Influenza del Clima sulla Vita Marina

La tendenza al ribasso nelle temperature della superficie del mare osservata nei nuclei di sedimento suggerisce un aumento dell'afflusso di acque polari fredde nel tempo. Questi cambiamenti hanno probabilmente influito sulla produttività marina e sulla disponibilità di cibo per specie di pesci come l'aringa, portando alla diminuzione dei tassi di rilevamento osservati. Al contrario, non è stata identificata alcuna tendenza simile per le popolazioni di merluzzo, forse perché il merluzzo può adattare le proprie abitudini alimentari in risposta ai cambiamenti nella disponibilità di cibo.

Comprendere queste dinamiche è complesso. Pesci e altre specie marine sono influenzati da vari fattori, incluse le variazioni climatiche naturali e le attività umane. Lo studio degli ecosistemi marini dell'Islanda illustra come i cambiamenti ecologici siano spesso il risultato sia di influenze ambientali che antropiche.

#Conclusioni sui Cambiamenti nella Biodiversità Marina

I risultati di questa indagine evidenziano la complessa relazione tra cambiamento climatico, attività umane e biodiversità marina. Anche se ci sono evidenze dell'impatto umano su specie specifiche, come l'estinzione locale delle foche, gli effetti complessivi delle attività umane preindustriali sulla biodiversità marina in Islanda sembrano essere relativamente minimi.

Questo studio sottolinea la necessità di ulteriori ricerche per comprendere in modo completo come funzionassero gli ecosistemi passati e come possano informare il nostro approccio alle attuali sfide ambientali. Le evidenze suggeriscono che, sebbene gli esseri umani abbiano sempre avuto un certo impatto sugli ecosistemi marini, i fattori naturali hanno giocato un ruolo più significativo, in particolare nei tempi preindustriali.

Studiare l'eDNA antico e esaminare questi ecosistemi permette ai ricercatori di ottenere informazioni su come la biodiversità marina sia cambiata e quali possano essere le implicazioni per la gestione e la protezione delle risorse marine in futuro. Con il progresso degli studi e l'avanzamento della tecnologia, emergerà un quadro più chiaro dell'interazione tra esseri umani ed ecosistemi marini, orientando gli sforzi per sostenere la biodiversità di fronte ai cambiamenti ambientali in corso.