Gli scienziati hanno eseguito la prima prova di concetto della loro “macchina del tempo” del DNA per far luce su un secolo di cambiamenti ambientali in un lago d’acqua dolce – tra cui il riscaldamento delle temperature e l’inquinamento, che portano alla perdita potenzialmente irreversibile di biodiversità.
Il loro approccio, che utilizza l’intelligenza artificiale applicata alla biodiversità basata sul DNA, alle variabili climatiche e all’inquinamento, potrebbe aiutare i regolatori a proteggere i livelli di biodiversità esistenti sul pianeta, o addirittura a migliorarli.
I ricercatori dell’Università di Birmingham, in collaborazione con l’Università Goethe di Francoforte, hanno utilizzato i sedimenti del fondo di un lago in Danimarca per ricostruire una biblioteca centenaria di biodiversità, inquinamento chimico e livelli di cambiamento climatico. Questo lago ha una storia di cambiamenti ben documentati nella qualità dell’acqua, che lo rendono un perfetto esperimento naturale per testare la macchina del tempo della biodiversità.
Pubblicando i loro risultati oggi (7 novembre) in eLife, Gli esperti rivelano che il sedimento conserva una registrazione continua di segnali biologici e ambientali che sono cambiati nel tempo, dagli ambienti (semi) incontaminati all’inizio della rivoluzione industriale ad oggi.
Il team ha utilizzato il DNA ambientale – materiale genetico lasciato da piante, animali e batteri – per costruire un quadro dell’intera comunità d’acqua dolce. Assistiti dall’intelligenza artificiale, hanno analizzato le informazioni, insieme ai dati sul clima e sull’inquinamento, per identificare cosa potrebbe spiegare la storica perdita di specie che vivevano nel lago.
La ricercatrice principale Luisa Orsini, professoressa di biologia dei sistemi evolutivi e omiche ambientali presso l’Università di Birmingham e membro dell’Alan Turing Institute, ha spiegato: “Abbiamo preso un nucleo di sedimento dal fondo del lago e abbiamo utilizzato i dati biologici all’interno di quel sedimento come un tempo machine – guardare indietro nel tempo per costruire un quadro dettagliato della biodiversità nel corso dell’ultimo secolo con risoluzione annuale. Analizzando i dati biologici con i dati sui cambiamenti climatici e sui livelli di inquinamento possiamo identificare i fattori che hanno il maggiore impatto sulla biodiversità.
“Proteggere ogni specie senza incidere sulla produzione umana non è realistico, ma utilizzando l’intelligenza artificiale possiamo dare priorità alla conservazione delle specie che forniscono servizi ecosistemici. Allo stesso tempo, possiamo identificare i principali inquinanti, guidando la regolamentazione dei composti chimici con gli effetti più negativi. Questi Le azioni intraprese possono aiutarci non solo a preservare la biodiversità di cui disponiamo oggi, ma potenzialmente a migliorarne il recupero. La biodiversità sostiene molti servizi ecosistemici di cui tutti beneficiamo. Proteggere la biodiversità significa proteggere questi servizi.”
I ricercatori hanno scoperto che gli inquinanti come insetticidi e fungicidi, insieme all’aumento della temperatura minima (un aumento di 1,2-1,5 gradi), hanno causato i maggiori danni ai livelli di biodiversità.
Tuttavia, il DNA presente nel sedimento mostrava anche che negli ultimi 20 anni il lago aveva cominciato a riprendersi. La qualità dell’acqua è migliorata con la diminuzione dell’uso dei terreni agricoli nell’area circostante il lago. Tuttavia, mentre la biodiversità complessiva è aumentata, le comunità non erano le stesse della fase (semi)incontaminata. Ciò è preoccupante poiché specie diverse possono fornire servizi ecosistemici diversi e quindi la loro incapacità di tornare in un particolare sito può impedire il ripristino di servizi specifici.
Niamh Eastwood, autrice principale e dottoranda presso l’Università di Birmingham, ha dichiarato: “La perdita di biodiversità causata da questo inquinamento e dal riscaldamento della temperatura dell’acqua è potenzialmente irreversibile. Le specie trovate nel lago 100 anni fa e che sono andate perdute non saranno tutte in grado di sopravvivere”. tornare. Non è possibile riportare il lago al suo stato originario e incontaminato, anche se il lago si sta riprendendo. Questa ricerca mostra che se non riusciamo a proteggere la biodiversità, gran parte di essa potrebbe andare perduta per sempre.”
Il dottor Jiarui Zhou, co-autore principale e professore assistente di Bioinformatica ambientale presso l’Università di Birmingham, ha dichiarato: “Imparando dal passato, i nostri modelli olistici possono aiutarci a prevedere la probabile perdita di biodiversità in un contesto di “business as usual” e altri scenari di inquinamento. Abbiamo dimostrato il valore degli approcci basati sull’intelligenza artificiale per comprendere i fattori storici della perdita di biodiversità. Man mano che nuovi dati diventano disponibili, modelli di intelligenza artificiale più sofisticati possono essere utilizzati per migliorare ulteriormente le nostre previsioni sulle cause della perdita di biodiversità.”
Successivamente i ricercatori stanno espandendo il loro studio iniziale su un singolo lago ai laghi dell’Inghilterra e del Galles. Questo nuovo studio li aiuterà a capire quanto siano replicabili i modelli osservati e, quindi, come possano generalizzare le loro scoperte sull’inquinamento e sui cambiamenti climatici sulla biodiversità dei laghi.
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