di Valerio Sbordoni • All’esigenza di conoscenza e di catalogazione si risponde oggi con metodologie e strumenti nuovi e con il supporto delle tecnologie informatiche. L’obiettivo primo: porre un freno all’incessante declino della biodiversità
Il 2010 ha visto una notevole propagazione delle tematiche della biodiversità in tutti gli ambiti della società civile. Ciò non sorprende dal momento che il 2010 è stato dichiarato dalle Nazioni Unite l’Anno internazionale dedicato a questo tema. Nel 2010 avremmo dovuto registrare un sensibile rallentamento del declino della Biodiversità. Così non è stato, purtroppo, evidenziando l’inadeguatezza dei governi nazionali nell’affrontare la grande sfida dell’ambiente e della sua sostenibilità. Tra le diverse cause di questo insuccesso una risiede certamente nella insufficiente attenzione e considerazione che le politiche ambientali pongono sul ruolo della ricerca e dell’innovazione.
Competenze e strumenti
Le liste di specie di una determinata area o di un determinato habitat sono il risultato di un attento lavoro specialistico per riconoscere e classificare correttamente gli organismi. È questo, tradizionalmente, il compito dei tassonomi, studiosi altamente specializzati che trovano spazi sempre più ridotti nel mercato del lavoro e della ricerca. Il loro ruolo oggi è ancora più importante poiché le moderne tecnologie mettono a disposizione nuovi strumenti per studiare la base molecolare della biodiversità, il DNA. Questo tipo di dati è ormai diventato indispensabile non solo per interpretare la diversità biologica a livello genico, ma anche per ottenere informazioni rilevanti su popolazioni, specie e comunità biotiche utili a definire linee guida per la gestione e conservazione delle risorse biologiche. Dalle sequenze geniche conservate nella banca dei geni (NCBI), si evince che ad oggi (novembre 2010) sono ben 236.054 le specie di organismi per i quali è presente almeno una sequenza di DNA.
Metodologie di classificazione
Nel campo della biodiversità ci sono varie tipologie di applicazioni. La prima riguarda la classificazione e l’identificazione delle specie attraverso la sistematica molecolare. Infatti, lo studio delle sequenze nucleotidiche permette di valutare il grado di distanza genetica tra individui e popolazioni e quindi, i confini tra le specie. Il progetto Barcode of Life, ovvero «Codice a barre della vita», è stato promosso proprio con questa mission. Con il termine «DNA-Barcode» si intende, letteralmente, un codice a barre genetico con cui ottenere una nuova modalità di catalogazione e definizione degli organismi viventi attraverso una piccola sequenza di DNA. Per la sua applicazione è nato il Consortium for the Barcode of Life (CBoL), un’iniziativa internazionale alla quale partecipano istituzioni e gruppi di ricerca di vari Paesi. In Italia è stato costituito informalmente un network, «It- BoL», che vede la partecipazione di diversi gruppi di ricerca attivi nel settore. Nel nostro Paese, l’applicazione della sistematica molecolare a problemi di identificazione di specie criptiche (cioè non riconoscibili solo in base alla morfologia) vanta una lunga tradizione.
Qualche esempio: per oltre due secoli la Salamandrina dagli occhiali, endemismo italico, e per questo motivo simbolo dell’Unione Zoologica Italiana, è stata considerata un’unica specie ben caratterizzata diffusa dalla Liguria alla Calabria. La specie è protetta dalla Direttiva Habitat e da altre disposizioni, sotto il nome Salamandrina terdigitata. Recenti ricerche genetiche condotte nell’Università di Roma Tor Vergata e presso l’Università della Tuscia hanno dimostrato che in Italia esistono due specie distinte: Salamandrina terdigitata diffusa dalla Calabria verso nord fino al fiume Volturno, e Salamandrina perspicillata, distribuita dal Volturno alla Liguria. Ora, dato che le modifiche alle normative richiedono spesso tempi lunghi, quest’ultima specie non risulta ancora protetta. Sebbene il metodo del DNA-barcoding sia stato utilizzato soprattutto in ambito tassonomico, recentemente ne è stato proposto l’utilizzo anche nelle problematiche ambientali. Con tecniche innovative di sequenziamento genomico, oggi siamo in grado non solo di identificare una singola specie a partire da un individuo o da una porzione di un organismo, ma anche di determinare la composizione di specie presenti in un «campione ambientale». I frammenti di DNA, infatti, persistono nell’ambiente e la simultanea identificazione delle specie presenti nel suolo o nell’acqua potrebbe consentire una valutazione della biodiversità locale.
Esempi di applicazione della filogeografia
Un altro contesto interpretativo delle sequenze geniche è rappresentato da una scienza relativamente giovane, la filogeografia, che studia i processi storici responsabili della presente distribuzione geografica di individui e popolazioni. Attraverso opportune procedure analitiche è possibile formulare ipotesi attendibili sulla storia demografica delle popolazioni studiate, come processi di espansione demografica e migrazione contrapposti a processi di confinamento in rifugi. Ad esempio l’analisi della variazione genetica in chiave filogeografica di due specie montane di farfalle, Parnassius mnemosyne e P. apollo (figura 1), con simile distribuzione geografica ma differenti esigenze ecologiche, ha permesso di definire l’influenza dei cambiamenti climatici passati sui pattern di diversità genetica presenti in Europa e di ipotizzare un quadro dettagliato sulla storia delle popolazioni europee durante il Pleistocene. Un altro recente esempio di applicazione della filogeografia è la ricostruzione della storia dell’Istrice. L’istrice (Hystrix cristata) è il più grande roditore della fauna italiana. È presente nell’Italia peninsulare, in Sicilia e in gran parte dell’Africa settentrionale, sub-sahariana ed equatoriale. Fino a pochissimo tempo fa, l’origine delle popolazioni italiane non era chiara e si discuteva riguardo a due ipotesi alternative: da una parte l’introduzione in tempi storici, dall’altra l’origine autoctona della specie. Le dinamiche attraverso le quali l’istrice è entrata a far parte della fauna italiana sono state recentemente chiarite da uno studio effettuato dal gruppo di zoologia dell’Università di Roma Tor Vergata. La ricostruzione delle relazioni di discendenza, mediante un approccio filogeografico, tra campioni di aculei provenienti dall’Italia e dal Nord Africa, ha evidenziato, con chiarezza, l’esistenza di un legame recente tra le due aree geografiche mediato da uno spostamento di esemplari africani in Italia durante l’età Romana. Tenendo conto dei tempi e della direzione degli spostamenti, l’analisi della diversità genetica tramite sequenze di DNA dei mitocondri ha potuto confermare l’ipotesi dell’introduzione, molto probabilmente legata al traffico commerciale tra le colonie cartaginesi e Roma, passando per la Sicilia. Il supporto informatico Si possono individuare almeno due grandi filoni distinti ma collegati di applicazione delle tecnologie informatiche: la «catalogazione globale» degli organismi e dei loro nomi, e la mappatura geografica dei dati di occorrenza. La diversità degli organismi viventi presenti sul nostro Pianeta è conosciuta in modo molto imperfetto: il numero di specie viventi è stimato tra i 7 e i 30 milioni; ad ognuna di esse viene assegnato un nome o meglio, nel sistema della nomenclatura scientifica, un binomio univoco. Il numero di specie descritto è stimato in circa 1.700.000. Il progetto Catalogue of Life cura una checklist annuale che, nella versione più aggiornata, contiene 1.293.517 nomi di specie, 767.872 sinonimi e 382.044 nomi comuni. Il progetto europeo PESI (Pan European Species Initiative) mira a fornire un catalogo tassonomico delle specie animali e vegetali europee, terrestri e marine. L’importanza dei cataloghi non consiste tanto, o soltanto, nel collezionare nomi di specie quanto nel fornire un «lessico comune» indispensabile per lo scambio di informazioni nel mondo, ormai anch’esso globalizzato, della biodiversità. Questi cataloghi tassonomici costituiscono la spina dorsale che sostiene i grandi sistemi come il Global Biodiversity Information Facility (GBIF) dai cui portali sono resi disponibili i dati georeferenziati di occorrenza provenienti dalla digitalizzazione di collezioni e osservazioni locali. Attualmente sul «Data Portal» di GBIF sono reperibili ben 267.374.767 record di occorrenza. Uno dei principali settori di utilizzo dei dati resi così disponibili è quello della modellizzazione delle distribuzioni. La disponibilità di scenari climatici presenti e futuri, talvolta insieme ad altri strati informativi, unita all’utilizzo di algoritmi sofisticati che «catturano» le relazioni tra specie e variabili ambientali, rendono ad esempio possibili previsioni sui cambiamenti nella distribuzione delle specie nel quadro del cambiamento climatico globale. D’altra parte l’uso combinato sempre di modelli climatici, ma del passato, e di dati genetici «estratti» dalle popolazioni attuali attraverso l’approccio filogeografico consente di ricostruire la distribuzione attuale delle specie in funzione degli eventi paleo climatici e paleogeografici.
L’Osservatorio Regionale per la Biodiversità del Lazio
È evidente come il futuro delle conoscenze sulla biodiversità sarà sempre più legato alla disponibilità di banche dati di specie, geni, ecosistemi, consultabili in rete attraverso appropriati software. Nella scala più di dettaglio questo compito sarà verosimilmente svolto dagli Osservatori su scala regionale e locale. Una iniziativa, ormai matura, di questo tipo è rappresentata dell’Osservatorio Regionale per la Biodiversità del Lazio (www.obl.uniroma2.it) che opera sulla base di un Accordo di Programma tra il Dipartimento di Biologia dell’Università di Roma «Tor Vergata» e la Regione Lazio, per la quale l’OBL costituisce l’organismo referente per la Biodiversità. Alle attività dell’OBL aderiscono anche dipartimenti delle Università «Sapienza », Roma Tre e l’Università della Tuscia. I dati raccolti sono organizzati in un geodatabase che risponde a standard internazionali di contenuto e organizzazione e ne consente la manipolazione sia per gli aspetti spaziali che temporali. La presenza di un certo animale, di una data pianta o di una determinata comunità è riferita ad un luogo o ad una area tramite coordinate geografiche, cosicché le segnalazioni possono essere restituite direttamente su una mappa a scala adeguata. La base di dati dell’Osservatorio costituisce un potente strumento scientifico in grado di migliorare la conoscenza naturalistica del territorio nonché un utile servizio per istituzioni scientifiche, amministrazioni pubbliche e privati cittadini. Infine, l’integrazione dei dati nel Sistema Informativo Territoriale della Regione Lazio ha una ricaduta diretta per la pianificazione e la gestione delle Aree protette. A livello nazionale il MATTM ha promosso il progetto «Sistema Ambiente 2010» in modo da svolgere una forte azione corale, a sostegno della Biodiversità, che coinvolga Enti, Istituzioni statali e regionali. Esso dovrà rappresentare l’adesione dell’Italia alle Convenzioni Internazionali e l’emanazione di un Piano Nazionale sull’Ambiente e la Biodiversità imputabile ai massimi livelli istituzionali. Il nodo cruciale del Sistema è costituito dal Network Nazionale della Biodiversità (NNB), una rete di Centri di Eccellenza e Focal Points selezionati per aggregare e condividere le informazioni. La sfida affrontata in questo progetto è migliorare la diffusione dell’informazione sulla biodiversità, rendendola utile per la ricerca pura, per quella applicata e per la formazione educativa.
Valerio Sbordoni