La prestigiosa rivista scientifica internazionale Nature Communications ha ospitato la pubblicazione di uno studio pionieristico destinato a rivoluzionare i metodi di indagine paleogenomica e la nostra comprensione delle dinamiche ecologiche del Quaternario. Un consorzio di scienziati canadesi, svedesi, danesi e statunitensi, guidato dal dottor Tyler Murchie dell’Hakai Institute insieme al professor Hendrik Poinar dell’Università McMaster, ha dimostrato come i coproliti, ovvero gli escrementi fossili di scoiattolo terrestre conservati nel permafrost profondo dello Yukon possano fungere da eccezionali archivi biologici. La ricerca, condotta nel pieno rispetto e all’interno del territorio tradizionale della First Nation Tr’ondëk Hwëch’in nel Canada nord-occidentale, è riuscita a estrarre e decodificare frammenti di DNA ambientale antico risalenti fino a 700.000 anni fa, offrendo uno sguardo ad altissima risoluzione su un mondo scomparso molto prima che l’Homo sapiens facesse la sua comparsa sulla Terra nella sua forma anatomica attuale.
L’inaspettata miniera d’oro biologica nascosta nei coproliti artici
Fino a oggi, la maggior parte degli studi sul DNA antico si è concentrata sull’analisi di reperti scheletrici, come ossa e denti, o sulla raccolta di campioni stratigrafici di sedimenti. Tuttavia, i tessuti ossei tendono a conservare quasi esclusivamente il patrimonio genetico dell’animale a cui appartenevano, mentre i sedimenti corrono il rischio di subire fenomeni di lisciviazione e rimescolamento a causa delle fluttuazioni termiche. I coproliti analizzati in questo studio occupano invece uno spazio biochimico intermedio e straordinariamente protetto. Nel contesto glaciale dell’estremità nord-occidentale del continente americano, le tane e i tunnel sotterranei scavati dagli scoiattoli terrestri del genere Urocitellus sono rimasti letteralmente congelati e sigillati dal permafrost per millenni, preservando le deiezioni da qualunque degradazione batterica o chimica esterna e bloccando i processi di decomposizione organica.
La ragione per cui questi piccoli campioni biologici si sono rivelati scrigni insospettabili di biodiversità risiede nei comportamenti ecologici degli stessi scoiattoli preistorici. Questi roditori agivano in modo molto simile ai moderni topi campagnoli o ai pack rats nordamericanos, raccogliendo e accumulando all’interno dei loro nidi sotterranei un’enorme quantità di materiali vegetali, semi, piccoli frammenti ossei e rami reperiti nel paesaggio circostante. Inoltre, gli scoiattoli artici manifestavano spiccate tendenze opportunistiche e necrofaghe, nutrendosi frequentemente di carogne di grandi mammiferi che giacevano sulla tundra. Di conseguenza, il loro tratto digerente ha concentrato e protetto non soltanto il DNA dell’animale stesso e del suo microbioma intestinale, ma anche quello della sua alimentazione e dell’intera comunità biologica locale, creando un’istantanea ecologica perfetta e priva di contaminazioni successive.
Una sfilata di megafauna dal mammut lanoso al ghepardo americano
Attraverso l’impiego di tecniche avanzate di sequenziamento metagenomico a fucile e di arricchimento mirato dei frammenti genetici tramite sonde a RNA, il team di ricerca ha estratto un catalogo faunistico eccezionalmente vasto. All’interno dei campioni fossili è stata rilevata la presenza massiccia di DNA appartenente alla megafauna iconica del Pleistocene. Tra i risultati più spettacolari spicca il recupero del DNA di mammut lanoso (Mammuthus primigenius), che rappresenta attualmente il materiale genetico di questa specie più antico mai documentato nell’intero continente nordamericano. Oltre ai giganti proboscidati, l’analisi dei coproliti ha rivelato tracce inequivocabili di cavalli selvaggi del Pleistocene (Equus), bisonti delle steppe (Bison priscus) e persino di grandi predatori carnivori come il lupo grigio (Canis lupus) e il leggendario ghepardo americano (Miracinonyx trumani), un felide strettamente imparentato con il puma le cui scarse testimonianze paleontologiche rendevano finora estremamente difficile l’identificazione genetica.
La straordinaria conservazione molecolare ha permesso agli scienziati di compiere un’operazione considerata fantascientifica fino a pochi anni fa: ricostruire ben diciotto genomi mitocondriali completi direttamente dal materiale digerito. Tra questi genomi riassemblati figurano dodici scoiattoli terrestri, un lepre con le racchette (Lepus americanus), due bisonti e tre cavalli. Il confronto approfondito tra la percentuale di letture genetiche utili ricavate dai coproliti e quelle ottenute da campioni di sedimento o frammenti ossei coevi ha evidenziato che, se i dati vengono normalizzati in base alla quantità di materia prima iniziale, gli escrementi fossili congelati superano nettamente i metodi tradizionali per densità e qualità del segnale genetico conservato. Questo elemento dimostra che i coproliti non sono semplici scarti biologici, ma veri e propri concentrati di informazioni macro-ecologiche.
La scoperta di una stirpe perduta e la riscrittura dell’evoluzione dei roditori
Oltre a mappare gli animali che calpestavano il suolo artico, l’analisi filogenetica condotta sui genomi degli scoiattoli produttori ha riservato la sorpresa scientifica più rilevante dal punto di vista evolutivo. Gli scienziati si aspettavano che gli scoiattoli vissuti nel Pleistocene appartenessero alla medesima specie che popola lo Yukon oggi, ovvero lo scoiattolo artico moderno (Urocitellus parryii). Al contrario, la mappatura dei genomi mitocondriali e del gene del citocromo b ha rivelato l’esistenza di una biodiversità completamente inattesa e perduta. Il campione più antico, estratto dallo strato geologico immediatamente inferiore al deposito di cenere vulcanica noto come Gold Run Tephra e datato con certezza a circa 700.000 anni fa, appartiene a una stirpe di scoiattoli terrestri fino a oggi totalmente sconosciuta alla scienza.
Questo antico lignaggio si colloca alla base dell’albero evolutivo degli scoiattoli dell’emisfero settentrionale e mostra una parentela più stretta con lo scoiattolo collicorto (Urocitellus undulatus), una specie che oggi non è più presente in Nord America e vive esclusivamente nei territori eurasiatici tra la Siberia, la Mongolia, il Kazakistan e la Cina. I modelli molecolari applicati nello studio indicano che questo gruppo si è separato dagli altri roditori circa 1,4 milioni di anni fa, e che la popolazione rinvenuta nel Yukon si è differenziata ulteriormente poco prima della deposizione della cenere vulcanica. Tale scoperta dimostra che le tassonomie attuali basate solo sulle specie viventi sono incomplete e che i flussi migratori e i ponti continentali tra Asia e America attraverso la Beringia hanno seguito rotte evolutive molto più intricate di quanto ipotizzato.
Dalla steppa del Pleistocene alla foresta boreale moderna: la risposta al clima
Un altro punto di forza dello studio risiede nella capacità di documentare le trasformazioni della flora nel corso dei millenni, identificando oltre duecento diversi gruppi di piante. I campioni risalenti al Pleistocene medio e superiore mostrano una netta dominanza di specie erbacee e piante da fiore non legnose, confermando l’estensione di quello che i paleontologi chiamano l’ecosistema della steppa dei mammut. Si trattava di una distesa sterminata di praterie secche e ricche di nutrienti, dominata da piante come l’Artemisia, il Plantago (il piantaggine artico) e diverse specie di graminacee e caryophyllaceae, in grado di sostenere le immense mandrie di grandi erbivori.
I dati genetici estratti dai coproliti più recenti testimoniano in modo drammatico il collasso di questo ambiente, avvenuto circa 13.000 anni fa in corrispondenza dell’oscillazione climatica di Bølling-Allerød. Nelle deiezioni risalenti a quest’epoca e al successivo Olocene, il DNA delle piante della steppa svanisce quasi completamente, sostituito dal patrimonio genetico di arbusti legnosi, betulle (Betula), ontani (Alnus) e conifere come l’abete bianco (Picea glauca). È la nascita della moderna foresta boreale o taiga, un paesaggio caratterizzato da un terreno più umido e acidificato che ha sostituito le antiche praterie sterminate, determinando l’estinzione della megafauna e la frammentazione delle popolazioni di piccoli roditori. Comprendere come le comunità vegetali e animali abbiano risposto a questi drastici riscaldamenti del passato fornisce modelli predittivi fondamentali per geologi e biologi che oggi studiano gli effetti dell’attuale riscaldamento globale antropico sugli ecosistemi fragili dell’Artico.
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