Presso l’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), gli scienziati della Marine Genomics Unit, in collaborazione con la società di telecomunicazioni giapponese NTT Communications, hanno identificato per la prima volta i generi di coralli mesofotici utilizzando l’eDNA raccolto da droni sottomarini. La loro ricerca innovativa è stata pubblicata sulla rivista Scienza aperta della Royal Society. Ora, con l’aiuto di robot sommergibili, è possibile condurre il monitoraggio eDNA su larga scala dei coralli senza fare affidamento su osservazioni dirette durante le immersioni scientifiche o lo snorkeling.
Gli ecosistemi corallini mesofotici (“luce media”) sono habitat tropicali o subtropicali dipendenti dalla luce che si trovano a profondità comprese tra 30 e 150 metri. Sono unici perché ospitano più specie autoctone rispetto agli ecosistemi corallini di acque poco profonde. Nonostante ciò, sono in gran parte inesplorati e sono necessarie ulteriori ricerche per comprenderne la biologia di base.
I ricercatori che studiano i coralli accedono a questi costruttori di barriere coralline invertebrati tramite lo snorkeling e le immersioni subacquee, ma questi metodi presentano dei limiti, soprattutto quando si identificano i coralli a profondità più profonde. Utilizzando il materiale genetico che gli organismi rilasciano dai loro corpi nell’ambiente – DNA ambientale o eDNA – gli scienziati possono identificare tipi di coralli e altri organismi che vivono in un particolare habitat, fornendo un potente strumento per la valutazione della biodiversità.
È importante sottolineare che lo studio dell’eDNA dei coralli offre vantaggi unici. Innanzitutto, a differenza dei pesci, i coralli sono stazionari, eliminando le incertezze sulla loro posizione. In secondo luogo, secernono costantemente muco nel mare, fornendo abbondante eDNA di corallo per il campionamento. Per questo studio, i ricercatori hanno analizzato il DNA mitocondriale, che è più abbondante e di qualità superiore rispetto al DNA nucleare, migliorando la precisione dei loro risultati. Per saperne di più sui metodi di analisi del metabarcording dell’eDNA dei coralli utilizzati in questo studio, vedere qui.
Monitoraggio più rapido e semplice delle barriere coralline
Gli ecosistemi dei coralli mesofotici (MCE) in Giappone presentano una delle più alte diversità di coralli duri (Scleractinia) nel mondo, il che li rende particolarmente importanti per i ricercatori, ma difficili da monitorare perché spesso si trovano a profondità maggiori. Inoltre, per monitorare accuratamente i coralli, gli scienziati necessitano sia di competenze subacquee che di tassonomia, il che può essere impegnativo. I metodi esistenti per il monitoraggio degli MCE impongono quindi limitazioni alla conduzione di indagini approfondite e sono necessari nuovi metodi.
Nell’ottobre 2022, il Prof. Noriyuki Satoh, leader dell’Unità di genomica marina, è stato avvicinato dal Sig. Shinichiro Nagahama di NTT Communications che aveva letto della sua ricerca sui metodi eDNA dei coralli. Il signor Nagahama ha suggerito di utilizzare i droni sottomarini per raccogliere campioni dalle barriere coralline più profonde per l’analisi dell’eDNA. Il professor Satoh ha quindi avanzato l’idea di utilizzare i droni per condurre indagini approfondite sui coralli mesofotici a maggiori profondità.
Il Parco Nazionale Kerama in Giappone, a circa 30 km a ovest dell’isola di Okinawa, vanta alcune delle acque più trasparenti dell’arcipelago di Okinawa. Spesso denominate “Kerama blu”, queste acque hanno offerto ai ricercatori un’eccellente opportunità per testare questa nuova tecnica di campionamento. Hanno raccolto campioni di acqua di mare – ciascuno da 0,5 litri – da 1 a 2 metri sopra le barriere coralline (tra 20 e 80 metri di profondità). I siti di campionamento sono stati scelti in 24 località in 6 diverse aree intorno alla pittoresca isola di Zamami. Il passo successivo prevedeva il sottoporre questi campioni ad analisi di metabarcoding dei coralli, che utilizza Scleractiniano-marcatori genetici specifici per identificare i diversi generi di coralli presenti in ciascun campione.
Dai risultati dell’analisi eDNA, i ricercatori hanno identificato con successo i coralli a livello di genere. La presenza e l’assenza di alcuni generi di coralli duri mostrati con questo metodo indicavano che le barriere coralline intorno alle isole Kerama mostravano diverse composizioni di coralli duri a seconda della posizione e della profondità. Ad esempio, il genere Acropora aveva i rapporti più alti in 11 siti, indicando che questi coralli sono comuni nelle barriere coralline dell’isola di Zamami. I ricercatori hanno anche scoperto che la proporzione di Acropora eDNA era maggiore nelle scogliere poco profonde e nelle creste superiori dei pendii, mentre la proporzione del genere Porites aumentava nei siti mesofotici. Per quanto riguarda la profondità, l’Acropora è stata facilmente rilevata nei reef poco profondi (≤15 metri), mentre altri generi sono stati trovati più frequentemente nei reef più profondi (>20 metri).
Per studiare i coralli utilizzando metodi di metabarcoding eDNA, è necessario un ulteriore sequenziamento dei genomi mitocondriali dei coralli duri e questo studio suggerisce che potrebbe essere possibile monitorare in modo più efficiente i coralli mesofotici a livello generico utilizzando l’eDNA raccolto da droni sottomarini.
Innovazione collaborativa in vista
NTT Communications ha sviluppato una nuova versione del drone originale utilizzato per questo studio. In risposta ad una richiesta del Prof. Satoh è stato aggiunto un ulteriore campionatore in modo da poter raccogliere due campioni durante una singola immersione. Inoltre, la lunghezza del cavo tra il controller e il drone è stata estesa da 150 metri a 300 metri e la batteria è ora sostituibile, così i ricercatori possono continuare il loro lavoro di rilevamento per un’intera giornata.
Il professor Satoh sta ora lavorando con due specialisti di coralli mesofotici presso l’Università delle Ryukyus, il dottor Frederick Singer e il dottor Saki Harii, per testare ulteriormente questo metodo nei siti di studio vicino all’isola di Sesoko, utilizzando i droni nuovi e migliorati. Spera di rivoluzionare il modo in cui vengono condotte le indagini sui coralli. Attualmente, le indagini sono limitate a punti molto ristretti, ma con l’aiuto di questi droni sottomarini avanzati, gli scienziati possono estendere la loro ricerca dalle regioni meno profonde fino a profondità di 60 metri e oltre. “La mia indagine ideale includerebbe l’intero spettro della barriera corallina, dalle acque poco profonde alle zone mesofotiche e persino alle profondità sabbiose. Queste macchine forniscono un metodo eccellente per condurre studi più ampi di monitoraggio dell’eDNA”, ha osservato.
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