Международный коллектив ученых смог воссоздать лесную экосистему, которая существовала на территории современной Гренландии два миллиона лет назад. В этом им помогла древнейшая в мире ДНК, недавно обнаруженная в нетронутых льдах.
ДНК быстро разрушается из-за окружающей среды, погоды и геологических процессов. Если древняя ДНК и сохраняется, то обычно это происходит в зубах и костях, где она относительно защищена. Но материал, погребенный в вечной мерзлоте, также может хорошо сохраниться. На севере Гренландии был взят ряд образцов изо льда и вечной мерзлоты в устье фьорда в геологической формации Кап-Копенгаген. Достижения в области генетического секвенирования за последние несколько десятилетий позволили создать обширную базу данных ДНК. Благодаря этому, ученые смогли кропотливо реконструировать недостающие фрагменты ДНК древних организмов.
Формация Кап-Кебенхавн расположена в Пири-Ленд, Северная Гренландия, на территории, которая сейчас является полярной пустыней.
Предыдущие исследования показывают, что около 2-3 миллионов лет назад в регионе был гораздо более теплый климат с температурой более чем на 10 градусов по Цельсию выше, чем сегодня.
Однако биологические сообщества, населявшие Арктику в это время, остаются малоизученными, поскольку окаменелости позвоночных встречаются редко.
В новом исследовании профессор Эске Виллерслев, исследователь из Копенгагенского университета, Кембриджского университета и Бременского университета, и его коллеги извлекли и секвенировали экологическую ДНК (эДНК) из 41 образца богатых органикой отложений, взятых из 5 различных участков в пределах формации Кап-Кебенхавн.
Отложения накапливались метр за метром в мелководном заливе. В итоге осадочные породы сохранились в вечной мерзлоте, не загрязненной человеком в течение двух миллионов лет.
Для того чтобы изучить ДНК окружающей среды, исследователи сначала должны были установить, присутствует ли ДНК в глине и кварце, и если да, то успешно извлечь ее из осадка для изучения. Большинство из этих образцов они получили в 2006 году во время других работ. Они находились на складе, ожидая подходящего проекта, поскольку организация экспедиций стоит дорого. Геолог Курт Кьер из Университета Копенгагена в своем заявлении объясняет: "Только когда было разработано новое поколение оборудования для выделения и секвенирования ДНК, мы смогли обнаружить и идентифицировать чрезвычайно маленькие и поврежденные фрагменты ДНК в образцах отложений". Он добавляет: "Это означает, что мы наконец-то смогли составить карту экосистемы возрастом 2 миллиона лет".
С помощью эДНК ученые смогли построить картину древней экосистемы: тайга со смешанной растительностью, включавшей тополя, березы и туи, а также разнообразные арктические и бореальные кустарники и травы.
ДНК также подтверждает присутствие зайцев, а митохондриальная ДНК с сайта указывает на присутствие других животных, включая мастодонтов, северных оленей, грызунов и гусей.
“Собранная нами эДНК значительно старше любой ранее секвенированной ДНК”, - сказал доктор Алан Хиди, исследователь из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса.
Авторы предполагают, что это может означать, что в раннем плейстоцене в Кап-Кобенхавне был относительно тёплый климат (по сравнению с нынешней Гренландией), что согласуется с предыдущими оценками.
Полученные результаты демонстрируют потенциал использования древней экологической ДНК для отслеживания эволюции биологических сообществ два миллиона лет назад.
“Экосистема Кап-Кебенхавн, у которой нет современного эквивалента, существовала при значительно более высоких температурах, чем у нас сегодня, и потому, на первый взгляд, климат, похоже, был похож на климат, который мы ожидаем на нашей планете [в северных её регионах] в будущем из-за глобального потепления”, - сказал доктор Миккель. Педерсен, научный сотрудник Центра геогенетики Фонда Лундбека.
Источники информации
- K.H. Kjær et al. 2022. A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature 612, 283-291; doi: 10.1038/s41586-022-05453-y