Un balzo in avanti nell’uso delle carote di sedimento per comprendere gli ecosistemi dell’antichità
Le innovative tecniche sviluppate per analizzare l’antico DNA vegetale nelle carote di sedimento provenienti da laghi della regione artica e di altre zone del continente europeo gettano nuova luce sul cambiamento degli ecosistemi nel corso del tempo. «Le carote di sedimento sono gli “archivi” dei cambiamenti ecosistemici», spiega Inger Greve Alsos, coordinatrice del progetto IceAGenT e docente di Biologia presso l’Università di Tromsø - Univeristà artica della Norvegia(si apre in una nuova finestra) (UiT). «Abbiamo lo stesso tipo di dati da molti siti diversi, per cui possiamo distinguere un modello generale da uno specifico a livello di sito», spiega l’esperta. «Abbiamo approfondito la nostra comprensione del tempo necessario agli ecosistemi per stabilirsi e dei fattori che ne determinano il cambiamento nel corso del tempo.» Affinché si riescano a consolidare ecosistemi stabili e resilienti sono necessari millenni, piuttosto che decenni o secoli, ovvero molto più di quanto si pensasse nel passato, osserva la professoressa, anche se trovare carote in grado di risalire così indietro nel tempo è molto difficile. «Abbiamo 50-60 carote che coprono più o meno l’intero Olocene, mentre molte altre ne coprono una parte e alcune vanno più indietro nel tempo.»
Comprendere l’interazione tra piante e animali
Gli strati di sedimento della carota sono datati al carbonio 14C; successivamente, il DNA viene estratto in laboratorio. Il team ha migliorato i metodi di metabarcoding(si apre in una nuova finestra) del DNA al fine di migliorare il rilevamento di mammiferi e piante nello stesso campione di carota. Le specie vengono identificate utilizzando librerie di riferimento per il sequenziamento del DNA, come PhyloNorway(si apre in una nuova finestra) presso l’UiT. In precedenza, i ricercatori potevano rintracciare i cambiamenti delle piante attraverso l’analisi dei pollini e delle popolazioni animali grazie avvalendosi della documentazione ossea. «Ora siamo in grado di comprendere in maniera migliore l’interazione tra piante e animali e il modo in cui questa sia cambiata con il clima e l’impatto umano, il che non era mai stato possibile nel passato», spiega Alsos. Il team ha ideato un innovativo sistema di blocco del DNA al fine di ridurre il «rumore» del DNA umano, che è in grado di distorcere l’analisi del DNA dei mammiferi. La soluzione è stata utilizzata allo scopo di rilevare le interazioni passate tra piante e animali. «Nella Fennoscandia settentrionale, abbiamo scoperto che gli animali sono arrivati in seguito al grande cambiamento avvenuto a livello di vegetazione, quindi non ne sono stati la causa», aggiunge Alsos. Questo non era noto prima; al contrario, i ricercatori hanno scoperto che nelle Alpi l’introduzione del bestiame ha avuto un importante effetto sulla diversità delle piante.
Modelli di migrazione delle piante
Il metabarcoding, che consente di risparmiare tempo e denaro, ha fornito dati dettagliati sulle modalità attraverso cui le piante hanno risposto ai cambiamenti climatici del passato. Ad esempio, i campioni provenienti da 10 siti nella regione della Fennoscandia settentrionale hanno messo in evidenza l’arrivo di piante e animali dopo lo scioglimento della calotta glaciale scandinava all’inizio dell’Olocene, in un periodo compreso tra gli 8 000 e gli 11 000 anni fa. I modelli di migrazione delle specie erano più complessi rispetto al semplice movimento da sud a nord indotto dal clima: secondo Alsos, l’arrivo delle specie vegetali è stato influenzato anche dalla competizione con le piante esistenti e dalle barriere alla dispersione. Alcune piante attualmente presenti alle più alte quote alpine sono arrivate solo durante l’Olocene e non nel periodo tardo glaciale, il che suggerisce una dispersione molto più lenta di quanto si pensasse in precedenza. «Sono rimasta sorpresa nel vedere che alcune piante adattate alle condizioni di freddo sono arrivate solamente molte migliaia di anni dopo il previsto», afferma Alsos. Il metodo di metabarcoding multiplexing ha permesso di effettuare analisi oltre il livello di specie per determinare le rotte di dispersione delle piante. «Abbiamo scoperto che la Fennoscandia settentrionale è stata colonizzata ripetutamente da diverse popolazioni di origine, motivo per cui le vie di dispersione post-glaciali sono più complesse di quanto sapessimo», osserva Alsos.
Un sofisticato modello di ecosistema
Il progetto ha sviluppato un modello sofisticato andando oltre i tradizionali modelli basati sul clima, che ha integrato dati sulle interazioni tra le specie, sugli erbivori e sulla competizione, oltre alle variabili climatiche, per prevedere le future risposte ecosistemiche ai cambiamenti climatici. Un lavoro simile è in corso nell’ambito del progetto MEMELAND, finanziato dall’UE presso l’UiT, che analizza l’impronta ecologica nel corso del tempo. Il progetto IceAGenT è stato finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra).
