Quando la genetica incontra la storia: il DNA barcoding riscrive arte, archeologia e botanica. Dalle opere d’arte ai campioni d’erbario: la genetica svela segreti nascosti per secoli nei beni culturali.
Dietro la superficie di un dipinto, nel legno consunto di un reperto o tra le pagine ingiallite di un erbario, la vita continua a lasciare tracce invisibili. Tracce che oggi la scienza è in grado di leggere grazie al DNA barcoding, una tecnica nata nei primi anni Duemila per catalogare la biodiversità e oggi divenuta uno strumento potente anche per l’arte e l’archeologia (nonché per altri ambiti come la sicurezza alimentare).
Dai laboratori di biologia molecolare ai musei e agli archivi botanici, il DNA barcoding sta unendo mondi un tempo lontani: genetisti e restauratori, botanici e storici dell’arte collaborano per svelare l’identità nascosta di pigmenti, fibre, legni e piante secolari. In questa alleanza tra tecnologia e umanesimo, il DNA diventa un nuovo linguaggio della memoria, capace di raccontare storie rimaste silenziose per secoli.
Takeaway
Un caso emblematico: il legno medievale
La storia raccontata da Jessica Frigerio, ricercatrice dell’Università degli Studi di Milano Bicocca esperta nel campo del DNA barcoding, illustra perfettamente come questa tecnologia stia trasformando il modo in cui indaghiamo il passato. “Assieme allo spin off dell’Università Milano Bicocca FEM2 – Ambiente, Abbiamo collaborato in un sito archeologico in centro Italia, dove era stato ritrovato un artefatto in legno molto antico del Medioevo”, racconta Frigerio. Le circostanze del ritrovamento erano avvolte in quella tipica vaghezza che accompagna molti scavi archeologici: “Ci avevano inviato il campione con pochissime informazioni, derivante da un frammento ligneo di notevole interesse storico e per capire di quale specie arborea si trattasse. Avevano ipotizzato che potesse essere un larice, perché in quel periodo storico e in quella regione questa specie era effettivamente molto comune ma restava il dubbio, e avevano bisogno di una conferma definitiva”.
Il legno medievale, dopo secoli di permanenza nel terreno, presentava tutte le difficoltà tipiche dei materiali archeologici: degradazione, mineralizzazione parziale, alterazioni chimiche. Eppure, nonostante questi ostacoli, l’analisi genetica ha dato risultati sorprendentemente chiari. “Anche se si trattava di un’analisi su materiale del Medioevo, siamo riusciti a ottenere DNA sufficiente per il sequenziamento – racconta Frigerio con una punta di soddisfazione – E dato che l’obiettivo era distinguere tra un larice e un salice, ci siamo riusciti perfettamente. Siamo arrivati all’identificazione del genere Larix, quello dei larici, confermando che non si trattava di salice”.
Questo risultato, apparentemente modesto, aveva in realtà un’importanza fondamentale per gli archeologi. “In quel caso non avevano bisogno di una specie precisa, l’identificazione del genere era sufficiente per i loro scopi – precisa la ricercatrice – Abbiamo potuto dare un aiuto concreto in un contesto archeologico, quindi in un ambito più artistico-culturale, riuscendo a identificare una specie che loro avevano già ipotizzato ma per cui avevano bisogno di conferma scientifica”.
Quando il tempo non è un ostacolo insormontabile
Questa esperienza solleva una questione fondamentale: fino a che punto il DNA può resistere al passare dei secoli? La risposta, come spesso accade in scienza, è: dipende. “Anche su campioni molto antichi si possono ottenere risultati, ma bisogna essere realistici sulle aspettative – spiega Frigerio – Su campioni processati o estremamente degradati è difficile, però se gli studiosi hanno già un’idea di partenza e l’analisi è ben delimitata, allora possiamo andare a dare delle risposte concrete”.
Il segreto sta nella specificità della domanda scientifica. Quando si tratta di distinguere tra due o tre specie candidate, identificate già attraverso il contesto archeologico, storico e geografico, il DNA barcoding può fornire la risposta decisiva anche su materiali che hanno attraversato i secoli. “Non si tratta di magia – sottolinea la ricercatrice – ma di utilizzare la tecnica nel modo giusto, con aspettative realistiche e in combinazione con altre informazioni”.
Dal legno alle fibre, dai pigmenti ai coloranti
Le possibilità offerte dal DNA barcoding nel campo dei beni culturali vanno ben oltre l’identificazione di legni antichi. “Si possono analizzare edifici storici, imbarcazioni, qualsiasi manufatto ligneo di interesse archeologico o artistico”, elenca Frigerio. Ma l’orizzonte si estende a materiali ancora più diversificati: fibre vegetali presenti in tessuti antichi, cesti, corde, stuoie, ma anche coloranti e pigmenti di origine vegetale utilizzati nell’arte pittorica attraverso i secoli.
“Nei dipinti, a volte i coloranti sono di origine vegetale – osserva la ricercatrice – se serve capire da quale pianta provenisse un determinato pigmento, potenzialmente questa è un’analisi che si può fare. Sicuramente è stata fatta da altri gruppi di ricerca, così come noi l’abbiamo fatta per campioni archeologici”. L’identificazione botanica di un pigmento può rivelare informazioni preziose sulle rotte commerciali dell’epoca, sulle tecniche pittoriche utilizzate, persino sull’autenticità di un’opera o sulla sua datazione.
Tuttavia, c’è un aspetto critico che non può essere ignorato. “Come sappiamo, la nostra è un’analisi distruttiva – avverte Frigerio con tono serio – Noi dobbiamo prelevare un campione e distruggerlo per estrarre il DNA. Per cui bisogna sempre fare delle valutazioni molto attente, caso per caso”. Si tratta di un dilemma etico e pratico che accompagna molte analisi scientifiche sui beni culturali: il bisogno di conoscenza deve essere sempre bilanciato con la necessità di conservazione.
“Ovviamente, se si può prelevare un piccolo frammento di pigmento, una porzione minuscola, senza danneggiare o deturpare l’opera, allora lo si può fare”, continua la ricercatrice. “Nel caso del sito archeologico di cui parlavo, ci hanno mandato proprio un pezzettino molto piccolo, che non aveva inficiato in alcun modo il valore del reperto”. Ma quando si tratta di opere d’arte di grande valore, la questione si fa più delicata: “Nel caso di una pittura importante, non è che si possa raschiare via materiale a piacimento. Serve un’attenta valutazione da parte di restauratori e conservatori”.
Orti botanici ed erbari: tesori nascosti nelle collezioni storiche
Se le applicazioni archeologiche e artistiche del DNA barcoding sono affascinanti, è forse nel campo delle collezioni botaniche storiche che questa tecnica sta mostrando il suo potenziale più rivoluzionario. Gli erbari, quelle collezioni di piante essiccate e pressate che costituiscono la memoria botanica dell’umanità, e gli orti botanici, custodi di biodiversità vivente, si stanno rivelando miniere di informazioni genetiche ancora largamente inesplorate.
“L’applicazione del DNA barcoding a orti botanici ed erbari è molto utile per migliorare e aumentare il valore delle collezioni – spiega Frigerio – Può succedere che la specie presente in una monografia d’erbario, o la specie di una pianta coltivata in un orto botanico, sia stata identificata in modo errato”. Un’affermazione che potrebbe sembrare sorprendente, ma che trova spiegazione nelle difficoltà intrinseche dell’identificazione botanica tradizionale.
“Principalmente negli orti botanici possono mancare tutte le chiavi dicotomiche necessarie per un’identificazione certa”, chiarisce la ricercatrice. Le chiavi dicotomiche sono quegli strumenti sistematici che permettono di identificare una pianta attraverso una serie di scelte binarie basate su caratteristiche morfologiche: presenza o assenza di peli, forma delle foglie, struttura dei fiori, e così via. Il problema è che non sempre tutti questi caratteri sono presenti o osservabili.
Un caso concreto illustra perfettamente questa problematica. “Abbiamo fatto una collaborazione con un orto botanico per le salvie. Avevano una grande collezione di diverse specie di Salvia, e con il DNA barcoding hanno scoperto che tre specie erano state effettivamente identificate in modo errato dall’orto botanico”, racconta Frigerio. La ragione? “Mancava il fiore nel momento in cui era stata fatta l’identificazione iniziale. Quindi, mancando quella chiave dicotomica che era fondamentale per distinguere le specie, avevano ipotizzato una specie sbagliata”.
Gli esperti dell’orto botanico, consapevoli di questa possibile fonte di errore, avevano deciso di verificare le loro identificazioni. “Hanno fatto controllare a noi i campioni, e noi gli abbiamo effettivamente dimostrato che le identificazioni non erano corrette – continua la ricercatrice – Poi, nel momento della fioritura, sicuramente con l’analisi morfologica si riesce, associando entrambi i dati (genetici e morfologici) a confermare la specie corretta. Ma ci sono dei momenti della crescita della pianta in cui c’è questa difficoltà, e quindi con l’analisi del DNA si riesce ad affiancare le analisi morfologiche tradizionali e aiutare a dare l’identificazione corretta in caso di errori”.
La correzione degli errori storici negli erbari
Gli erbari rappresentano un caso ancora più affascinante. Queste collezioni, alcune delle quali risalgono al Rinascimento, contengono milioni di esemplari vegetali raccolti nel corso dei secoli da botanici, esploratori e naturalisti. Ogni esemplare è accompagnato da un’etichetta – la “monografia” – che riporta nome scientifico, località di raccolta, data, nome del collettore e altre informazioni preziose.
“Negli erbari è più raro trovare errori di identificazione, ovviamente, perché in caso di una monografia tutte le chiavi dicotomiche sono generalmente presenti”, osserva Frigerio. “Ma può capitare, soprattutto per campioni un po’ più antichi, che l’identificazione non sia perfettamente corretta”. Le ragioni sono molteplici: cambiamenti nella tassonomia nel corso del tempo, conoscenze botaniche limitate all’epoca della raccolta, semplici errori umani. “Con la tecnica del DNA barcoding si riesce a correggere l’identificazione della specie, e quindi comunque ad aumentare il valore scientifico di una collezione”.
Ma le potenzialità vanno oltre la semplice correzione di errori. “Una cosa molto interessante che si può fare è andare a studiare tutta la storia evolutiva e biogeografica di varie specie nel corso dei secoli”, spiega con entusiasmo Frigerio. “Perché magari negli erbari c’è la stessa specie raccolta in anni diversi, magari anche in secoli diversi – ci sono campioni del 1700, persino più antichi – e quindi con l’analisi del DNA si può andare a vedere come la specie si è evoluta nel tempo e come si è distribuita geograficamente”.
Naturalmente, non si tratta di un lavoro che può essere fatto solo con il DNA. “È un’analisi complessa, ovviamente bisogna associare anche altri dati, come le informazioni delle monografie storiche”, precisa la ricercatrice. “Però senza il legame che ci fornisce il DNA non sarebbe possibile ricostruire questa storia evolutiva. Il DNA fornisce il filo conduttore che permette di connettere esemplari raccolti in luoghi e tempi diversi”.
Per questo tipo di studi, tuttavia, servono tecnologie più sofisticate. “Ovviamente bisogna utilizzare delle analisi un po’ più complesse, che vanno ad analizzare tutto il genoma o comunque porzioni più ampie rispetto al DNA barcoding standard”, ammette Frigerio. “Ma il DNA barcoding può essere un’analisi di entry level per confermare la specie e poi permettere questi studi più approfonditi”.
La rivoluzione digitale: il progetto NBFC
Il futuro degli erbari e delle collezioni botaniche è sempre più digitale e genomico. “Per quanto riguarda gli erbari, ci sono novità molto interessanti”, annuncia Frigerio. “Noi, con il National Biodiversity Future Center (NBFC), stiamo lavorando proprio su questo. È uno degli obiettivi principali della piattaforma che stiamo creando”.
Il progetto è ambizioso: “Sono stati digitalizzati milioni di monografie vegetali degli erbari di Firenze, e noi stiamo associando a queste immagini l’analisi del DNA”, spiega la ricercatrice. “Di fatto, quando la piattaforma sarà completata, si otterrà un’informazione integrata: si potrà consultare la monografia direttamente online, senza più doverla richiedere fisicamente, e ci sarà associata anche l’analisi genetica, con le sequenze del DNA barcoding disponibili per la consultazione”.
Si tratta di una rivoluzione nell’accessibilità della conoscenza botanica. Ricercatori di tutto il mondo potranno accedere non solo alle immagini degli esemplari storici, ma anche ai loro “codici a barre genetici”, aprendo possibilità di ricerca fino a poco tempo fa inimmaginabili.
Ma la vera innovazione, quella che potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui lavoriamo con le collezioni storiche, viene dall’incrocio tra genetica e intelligenza artificiale. “Nel nostro centro è stato fatto un lavoro molto interessante”, racconta Frigerio con evidente entusiasmo. “Stanno sviluppando un algoritmo con l’intelligenza artificiale per prevedere il successo dell’estrazione del DNA a partire dalla monografia, cioè dall’immagine della pianta essiccata”.
L’idea può sembrare fantascientifica, ma ha solide basi scientifiche. “Stanno lavorando su questo algoritmo, hanno già pubblicato i primi risultati, e continueranno a perfezionarlo”, continua la ricercatrice. “L’obiettivo è prevedere, guardando semplicemente l’immagine dell’esemplare d’erbario, la probabilità di riuscire a estrarre DNA di qualità sufficiente per il barcoding”.
Il vantaggio pratico è enorme. “Può essere molto utile soprattutto per noi ricercatori, perché c’è una considerazione che viene spontanea: un campione più recente, diciamo del 2000, dovrebbe avere più probabilità di successo rispetto a uno del 1800, giusto?”. Frigerio fa una pausa per effetto. “Ebbene, loro hanno dimostrato che non è sempre così. L’età non è l’unico fattore determinante”.
Le condizioni di conservazione, il metodo di essiccazione, la specie stessa, persino il tipo di carta utilizzato per montare l’esemplare possono influenzare la preservazione del DNA. “L’algoritmo può dare uno strumento in più per fare una selezione informata”, spiega la ricercatrice. “Perché quando vai in un erbario e cerchi una determinata specie, puoi avere tantissime monografie diverse: diversi luoghi di raccolta, diversi anni, prelevate da diverse persone. L’intelligenza artificiale ti può aiutare in questa scelta, aumentando le probabilità di successo”.
E il successo è importante, perché lavorare con campioni d’erbario è tutt’altro che semplice. “I campioni di erbario sono molto degradati, quindi è più difficile lavorarci rispetto a materiale fresco”, ammette Frigerio. “Non sempre si riesce a ottenere un DNA integro. Avere uno strumento predittivo può far risparmiare tempo, risorse e soprattutto evitare di danneggiare inutilmente esemplari preziosi”.
Un lavoro di squadra
Lo sviluppo dell’algoritmo è frutto di una collaborazione tra competenze diverse. “Non l’abbiamo sviluppato direttamente noi, ma altri gruppi all’interno del centro – precisa Frigerio – l’intenzione sarebbe quella di fornire fornito tantissimo materiale d’erbario per aiutarli a perfezionare questa analisi. Diventerebbe un lavoro di squadra, dove biologi molecolari, informatici, botanici e curatori di erbari lavorerebbero più che mai insieme”.
Questo approccio multidisciplinare è emblematico del modo in cui il DNA barcoding sta trasformando non solo le tecniche di indagine, ma anche i metodi di lavoro nel campo dei beni culturali e delle collezioni scientifiche. Non si tratta più di discipline separate che procedono su binari paralleli, ma di un’integrazione sempre più stretta tra competenze diverse.
Guardando al futuro, le applicazioni del DNA barcoding nel campo dell’arte, dell’archeologia e delle collezioni scientifiche sembrano destinate a espandersi ulteriormente. Con l’aumento della sensibilità delle tecniche di sequenziamento, diventerà possibile lavorare con quantità sempre più piccole di materiale e con DNA sempre più degradato. Le banche dati di riferimento, che contengono le sequenze genetiche delle diverse specie, continuano a crescere, rendendo le identificazioni sempre più accurate e affidabili.
L’integrazione con altre tecniche analitiche – spettroscopia, microscopia avanzata, analisi chimiche – promette di fornire quadri sempre più completi e dettagliati. E l’intelligenza artificiale, come dimostra il progetto sugli erbari fiorentini, può accelerare e ottimizzare questi processi, aprendo possibilità che fino a pochi anni fa erano pura fantascienza.
“È un campo in rapida evoluzione”, conclude Frigerio. “Quello che oggi ci sembra straordinario, tra pochi anni sarà probabilmente routine. Ma l’essenza rimane sempre la stessa: usare le migliori tecnologie disponibili per preservare, comprendere e valorizzare il nostro patrimonio culturale e scientifico. Ogni frammento di legno medievale, ogni pigmento antico, ogni pianta d’erbario ha una storia da raccontare. Il DNA barcoding ci sta semplicemente dando un nuovo modo di ascoltarla”.
Questa serie dedicata al DNA barcoding nasce dall’esperienza fatta nei laboratori dell’Università Milano Bicocca e National Biodiversity Future Center grazie al programma FRONTIERS
