Осадочные отложения вечной мерзлоты Гренландии содержат извлекаемую экологическую ДНК, датируемую примерно 2 миллионами лет назад. Это на 1 миллион лет старше предыдущей записи — ДНК шерстистого мамонта, бродившего по сибирской тундре 1 миллион лет назад.
Эта удивительная работа, результаты которой были опубликованы в журнале Nature, позволила группе ученых реконструировать древний ландшафт, открыв мир, далекий от ледяных берегов Северного полярного круга.
«Наконец-то открыта новая глава, охватывающая 1 миллион дополнительных лет истории, и впервые мы можем напрямую взглянуть на ДНК прошлой экосистемы, которая была так далеко во времени», — говорит генетик Эске Виллерслев из Кембриджского университета в Великобритании и Копенгагенского университета в Дании. «ДНК может быстро деградировать, но мы показали, что при правильных обстоятельствах теперь мы можем вернуться во времени дальше, чем кто-либо мог себе представить».
Время не щадит останки живых существ, ДНК будет быстро разрушаться из-за стрессов окружающей среды (таких как голодные микробы), погоды и геологических процессов. Если древней ДНК и суждено выжить, то обычно это происходит в зубах и костях, где она относительно защищена.
Но материал, погребенный под вечной мерзлотой, также относительно защищен.
В данном случае ряд образцов, собранных изо льда и вечной мерзлоты геологической формации Кап-Копенгаген в устье фьорда на севере Гренландии, дал ученым возможность восстановить и реконструировать экологическую ДНК из давно минувших времен.
Ученые получили большинство этих образцов много лет назад во время другой работы, экспедиции обходятся дорого, поэтому ученые часто на всякий случай собирают больше, чем им нужно. Эти образцы лежали на складе в ожидании подходящего проекта.
«Только после того, как было разработано новое поколение оборудования для выделения и секвенирования ДНК, мы смогли найти и идентифицировать очень маленькие и поврежденные фрагменты ДНК в образцах донных отложений», — объясняет геолог Курт Кьер из Копенгагенского университета. «Это означало, что мы, наконец, смогли составить карту экосистемы возрастом 2 миллиона лет».
ДНК, извлеченная из образцов после большой кропотливой работы, была бы непригодна для использования всего несколько лет назад: фрагменты были крошечными, всего нанометры в длину, сильно деградировавшими и очень неполными.
Однако достижения в области генетического секвенирования за последние несколько десятилетий позволили ученым создать обширную базу данных ДНК из окружающего нас мира. Эти библиотеки ДНК предложили ученым точку для сравнения сложных фрагментов ДНК.
Эти библиотеки означали, что ученые могли кропотливо реконструировать недостающие фрагменты для переписи организмов, чей генетический материал был заперт в горных породах на протяжении многих тысячелетий.
«Образцы древней ДНК были найдены глубоко в осадочных породах, накопившихся за 20 000 лет», — говорит Кьер. «Осадок в конечном итоге сохранился во льду или вечной мерзлоте и, что особенно важно, не подвергался воздействию человека в течение 2 миллионов лет».
Эта реконструкция выявила множество форм жизни, совместимых с удивительно умеренным климатом. Ученые нашли животных, родственных северным оленям и северным оленям, леммингам, гусям, зайцам и, что интересно, мастодонтам.
Муравьи, блохи, кораллы и мечехвосты также оставили свои следы в отложениях, как и березы и тополя.
Исследователи отметили, что ДНК мастодонта представляет особый интерес. У всех остальных видов есть родственники, которые сегодня остаются в Гренландии; ранее считалось, что мастодонты не обитают так далеко на севере, как Гренландия.
Другие образцы ДНК, собранные из микроорганизмов и грибов, все еще проходят идентификацию. В будущей статье будет описана экосистема в полном объеме в меру понимания ученых.
Однако уже сейчас выделяются некоторые черты, указывающие на то, что климат в регионе в раннем плейстоцене был намного теплее — значительно теплее, чем нынешние температуры.
Исследователи говорят, что это намекает на будущее Земли перед лицом меняющегося климата.
«Одним из ключевых факторов здесь является то, в какой степени виды смогут адаптироваться к изменению условий, возникающему в результате значительного повышения температуры. Данные показывают, что больше видов могут эволюционировать и адаптироваться к сильно меняющимся температурам, чем считалось ранее», — сказал геогенетик Миккель Педерсон из Копенгагенского университета.
«Но, что особенно важно, эти результаты показывают, что им нужно время, чтобы сделать это. Скорость сегодняшнего глобального потепления означает, что у организмов и видов нет этого времени, поэтому чрезвычайная климатическая ситуация остается огромной угрозой для биоразнообразия и всего мира — вымирание не за горами. для некоторых видов, включая растения и деревья».
Но для ученых эта работа — огромный скачок вперед. Теперь, когда экологическая ДНК была успешно извлечена и интерпретирована из глины и кварца, возможно, можно будет сделать то же самое с древними отложениями из других мест.
«Если мы сможем начать исследовать древнюю ДНК в глиняных зернах из Африки, мы сможем собрать новаторскую информацию о происхождении многих различных видов — возможно, даже новые знания о первых людях и их предках», — говорит Виллерслев. «Возможности безграничны».
