Ядро отложений ледникового периода из северной Гренландии дало самые старые в мире последовательности ДНК.
Образцы ДНК возрастом 2 миллиона лет показали, что теперь в значительной степени безжизненный полярный регион когда-то был домом для богатой растительной и животной жизни, включая слоновоподобных млекопитающих, известных как мастодонты, северные олени, зайцы, лемминги, гуси, березы и тополя, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature в среду, пишет cnn.com.
Смесь умеренных и арктических деревьев и животных предполагала ранее неизвестный тип экосистемы, который не имеет современного эквивалента — тот, который может выступать в качестве генетической дорожной карты того, как различные виды могут адаптироваться к более теплому климату, обнаружили исследователи.
Находка является работой ученых из Дании, которые смогли обнаружить и извлечь экологическую ДНК — генетический материал, выделяемый в окружающую среду всеми живыми организмами — в крошечных количествах отложений, взятых из формации Копенгаген, в устье фьорда в Северном Ледовитом океане в самой северной точке Гренландии, во время экспедиции 2006 года. (Гренландия является автономной страной в составе Дании.)
Затем они сравнили фрагменты ДНК с существующими библиотеками ДНК, собранными как у вымерших, так и у живых животных, растений и микроорганизмов. Генетический материал выявил десятки других растений и существ, которые ранее не были обнаружены на месте, основываясь на том, что известно из окаменелостей и пыльцевых записей.
«Первое, что взорвало наш разум, когда мы смотрим на эти данные, это, очевидно, этот мастодонт и его присутствие на крайнем севере, который находится довольно далеко к северу от того, что мы знали как его естественный ареал», — сказал соавтор исследования Миккель Педерсен, доцент Центра геогенетики Фонда Лундбека Копенгагенского университета, на пресс-конференции.
Он побил предыдущий рекорд самой старой ДНК в мире, установленный исследованием, опубликованным в прошлом году по генетическому материалу, извлеченному из зуба мамонта, который бродил по сибирской степи более миллиона лет назад, а также предыдущий рекорд по ДНК из отложений.
Пышная экосистема
В то время как ДНК из костей животных или зубов может пролить свет на отдельный вид, экологическая ДНК позволила ученым построить картину целой экосистемы, сказал профессор Эске Виллерслев, сотрудник Колледжа Святого Иоанна в Кембриджском университете и директор Центра геогенетики Фонда Лундбека. В этом случае экологическое сообщество, которое реконструировали исследователи, существовало, когда температура была бы на 10-17 градусов тепла по Цельсию теплее, чем в Гренландии сегодня.
«Только несколько окаменелостей растений и животных были найдены в регионе. Это было очень захватывающе, когда мы восстановили ДНК (чтобы увидеть) эту очень, очень другую экосистему. Люди знали из макроокаменелостей, что там были деревья, какой-то лес, но ДНК позволила нам идентифицировать гораздо больше таксонов (типов живых организмов)», — сказал Виллерслев, который возглавлял исследование.
Исследователи были удивлены, обнаружив, что кедры, похожие на те, которые встречаются в Британской Колумбии сегодня, когда-то росли в Арктике вместе с такими видами, как лиственница, которая сейчас растет в самых северных частях планеты. Они не обнаружили ДНК плотоядных животных, но считают, что хищники, такие как медведи, волки или даже саблезубые тигры, должны были присутствовать в экосистеме.
Лав Дален, профессор Центра палеогенетики в Стокгольмском университете, который работал над исследованием ДНК зубов мамонта, но не участвовал в этом исследовании, сказал, что новаторское открытие действительно «раздвинуло границы» для области древней ДНК.
«Это действительно удивительная газета!» — сказал он по электронной почте. «Он может рассказать нам о составе экосистем в разные моменты времени, что действительно важно для понимания того, как прошлые изменения климата повлияли на биоразнообразие на уровне видов. Это то, что ДНК животных не может сделать».
«Кроме того, выводы о том, что несколько умеренных видов (таких как родственники ели и мастодонта) жили в таких высоких широтах, исключительно интересны», — добавил он.
Крупный план органического материала в прибрежном месторождении в формации Кап Копенгаген в северной Гренландии. Фото: Профессор Свенд Фундер
Генетическая дорожная карта для изменения климата?
Виллерслев сказал, что 16-летнее исследование было самым длинным проектом в своем роде, в котором он и большинство его команды исследователей когда-либо участвовали.
Извлечение фрагментов генетического кода из осадка потребовало большой научной детективной работы и нескольких кропотливых попыток — после того, как команда впервые установила, что ДНК была скрыта в глине и кварце в осадке и могла быть отделена от него. Тот факт, что ДНК связалась с минеральными поверхностями, вероятно, был причиной того, что она выжила так долго, говорят исследователи.
«Мы пересмотрели эти образцы, и мы потерпели неудачу, и мы потерпели неудачу. Они получили в лаборатории название «проклятие формации Копенгаген», — сказал Виллерслев.
Дальнейшее изучение экологической ДНК этого периода времени может помочь ученым понять, как различные организмы могут адаптироваться к изменению климата.
«Это климат, с которым мы ожидаем столкнуться на Земле из-за глобального потепления, и это дает нам некоторое представление о том, как природа будет реагировать на повышение температуры», — пояснил он.
«Если нам удастся правильно прочитать эту дорожную карту, она действительно содержит ключ к тому, как организмы могут (адаптироваться) и как мы можем помочь организмам адаптироваться к очень быстро меняющемуся климату».