Po raz pierwszy zidentyfikowano DNA liczące dwa miliony lat – otwierając nowy, „zmieniający zasady gry” rozdział w historii ewolucji.
Mikroskopijne fragmenty środowiskowego DNA znaleziono w osadach z epoki lodowcowej w północnej Grenlandii. Korzystając z najnowocześniejszej technologii, naukowcy odkryli, że fragmenty są o milion lat starsze niż poprzedni zapis DNA pobranego z kości mamuta syberyjskiego.
Starożytne DNA zostało wykorzystane do zmapowania liczącego dwa miliony lat ekosystemu, który przetrwał ekstremalne zmiany klimatu. Naukowcy mają nadzieję, że wyniki pomogą przewidzieć długoterminowe skutki dla środowiska dzisiejszego globalnego ocieplenia.
Odkrycia dokonał zespół naukowców kierowany przez profesora Eske Willersleva i profesora Kurta H. Kjæra. Profesor Willerslev jest członkiem St John’s College na Uniwersytecie w Cambridge oraz dyrektorem Centrum GeoGenetyki Fundacji Lundbecka na Uniwersytecie w Kopenhadze, gdzie również pracuje profesor Kjær, ekspert w dziedzinie geologii.
Wyniki 41 użytecznych próbek znalezionych ukrytych w glinie i kwarcu zostały opublikowane dzisiaj w Nature.
Profesor Willerslev powiedział: „Wreszcie został otwarty nowy rozdział obejmujący milion dodatkowych lat historii i po raz pierwszy możemy bezpośrednio spojrzeć na DNA dawnego ekosystemu tak daleko wstecz.
„DNA może szybko ulec degradacji, ale pokazaliśmy, że w odpowiednich okolicznościach możemy teraz cofnąć się w czasie dalej, niż ktokolwiek mógł sobie wyobrazić”.
Profesor Kjær powiedział: „Starożytne próbki DNA znaleziono zakopane głęboko w osadach, które gromadziły się przez ponad 20 000 lat. Osad został ostatecznie zachowany w lodzie lub wiecznej zmarzlinie i, co najważniejsze, nie został naruszony przez ludzi przez dwa miliony lat”.
Niekompletne próbki, o długości kilku milionowych milimetra, pobrano z formacji København, osadu o grubości prawie 100 metrów, schowanego w ujściu fiordu na Oceanie Arktycznym w najbardziej wysuniętym na północ punkcie Grenlandii. Klimat na Grenlandii w tamtym czasie wahał się od arktycznego do umiarkowanego i był o 10-17C cieplejszy niż obecnie na Grenlandii. W płytkiej zatoce osad gromadził się metr po metrze.
Naukowcy odkryli dowody na istnienie zwierząt, roślin i mikroorganizmów, w tym reniferów, zajęcy, lemingów, brzóz i topoli. Naukowcy odkryli nawet, że Mastodont, ssak z epoki lodowcowej, wędrował aż do Grenlandii, zanim później wyginął. Wcześniej uważano, że zasięg występowania zwierząt podobnych do słoni nie rozciąga się aż do Grenlandii od jej znanego pochodzenia w Ameryce Północnej i Środkowej.
Detektywistyczna praca 40 badaczy z Danii, Wielkiej Brytanii, Francji, Szwecji, Norwegii, USA i Niemiec odsłoniła tajemnice fragmentów DNA. Proces był żmudny – najpierw musieli ustalić, czy w glinie i kwarcu było ukryte DNA, a jeśli tak, to czy mogliby z powodzeniem odłączyć DNA od osadu, aby je zbadać? Odpowiedź ostatecznie brzmiała: tak. Naukowcy porównali każdy pojedynczy fragment DNA z obszernymi bibliotekami DNA zebranymi od współczesnych zwierząt, roślin i mikroorganizmów. Zaczął wyłaniać się obraz DNA z drzew, krzewów, ptaków, zwierząt i mikroorganizmów.
Niektóre fragmenty DNA można było łatwo sklasyfikować jako poprzedników współczesnych gatunków, inne można było powiązać tylko na poziomie rodzaju, a niektóre pochodziły od gatunków, których nie można umieścić w bibliotekach DNA zwierząt, roślin i mikroorganizmów wciąż żyjących w XXI wieku .
Próbki sprzed dwóch milionów lat pomagają również naukowcom zbudować obraz nieznanego wcześniej etapu ewolucji DNA szeregu gatunków, które wciąż istnieją.
Profesor Kjær powiedział: „Wyprawy są drogie, a wiele próbek zostało zabranych w 2006 r., kiedy zespół przebywał na Grenlandii w ramach innego projektu. Od tamtej pory są one przechowywane.
„Dopiero gdy opracowano nową generację sprzętu do ekstrakcji i sekwencjonowania DNA, byliśmy w stanie zlokalizować i zidentyfikować bardzo małe i uszkodzone fragmenty DNA w próbkach osadu. Oznaczało to, że w końcu byliśmy w stanie zmapować dwu- milion lat ekosystemu”.
Adiunkt Mikkel W. Pedersen, współpierwszy autor artykułu, a także pracujący w Lundbeck Foundation GeoGenetics Centre, powiedział: „Ekosystem Kap København, który nie ma współczesnego odpowiednika, istniał w znacznie wyższych temperaturach niż mamy dzisiaj – – i dlatego, że na pierwszy rzut oka klimat wydaje się być podobny do klimatu, jakiego oczekujemy na naszej planecie w przyszłości z powodu globalnego ocieplenia.
„Jednym z kluczowych czynników jest tutaj stopień, w jakim gatunki będą w stanie przystosować się do zmiany warunków wynikającej ze znacznego wzrostu temperatury. Dane sugerują, że więcej gatunków może ewoluować i przystosować się do bardzo różnych temperatur, niż wcześniej sądzono. co najważniejsze, te wyniki pokazują, że potrzebują na to czasu. Tempo dzisiejszego globalnego ocieplenia oznacza, że organizmy i gatunki nie mają tego czasu, więc kryzys klimatyczny pozostaje ogromnym zagrożeniem dla różnorodności biologicznej i świata — niektórym gatunkom grozi wyginięcie łącznie z roślinami i drzewami”.
Podczas przeglądu starożytnego DNA z formacji Kap København, naukowcy odkryli również DNA z szerokiej gamy mikroorganizmów, w tym bakterii i grzybów, które nadal mapują. Szczegółowy opis tego, jak interakcja – między zwierzętami, roślinami i organizmami jednokomórkowymi – w ramach dawnego ekosystemu w najbardziej wysuniętym na północ punkcie Grenlandii działała biologicznie, zostanie przedstawiony w przyszłym artykule badawczym.
Obecnie istnieje nadzieja, że niektóre „sztuczki” odkrytego DNA rośliny sprzed dwóch milionów lat mogą zostać wykorzystane do uodpornienia niektórych zagrożonych gatunków na ocieplający się klimat.
Profesor Kjær powiedział: „Możliwe, że inżynieria genetyczna mogłaby naśladować strategię opracowaną przez rośliny i drzewa dwa miliony lat temu, aby przetrwać w klimacie charakteryzującym się rosnącymi temperaturami i zapobiec wyginięciu niektórych gatunków, roślin i drzew. Jest to jeden z powodów, dla których ten postęp naukowy jest tak znaczący, ponieważ może ujawnić, jak próbować przeciwdziałać niszczycielskim skutkom globalnego ocieplenia”.
Odkrycia z formacji Kap København na Grenlandii otworzyły zupełnie nowy okres w wykrywaniu DNA.
Profesor Willerslev wyjaśnił: „DNA generalnie najlepiej przeżywa w zimnych, suchych warunkach, takich jak te, które panowały przez większą część okresu od zdeponowania materiału w Kap København. Teraz, gdy udało nam się wydobyć starożytne DNA z gliny i kwarcu, być może jest to możliwe że glina mogła zachować starożytne DNA w ciepłych, wilgotnych środowiskach w miejscach znalezionych w Afryce.
„Jeśli zaczniemy badać starożytne DNA w ziarnach gliny z Afryki, być może będziemy w stanie zebrać przełomowe informacje o pochodzeniu wielu różnych gatunków – być może nawet nową wiedzę o pierwszych ludziach i ich przodkach – możliwości są nieskończony.”