To millioner år gammelt DNA har blitt identifisert for første gang, og åpner et nytt «spillskiftende» kapittel i evolusjonshistorien.
Mikroskopiske fragmenter av miljø-DNA er funnet i istidssedimenter på Nord-Grønland. Ved hjelp av toppmoderne teknologi fant forskerne at fragmentene var en million år eldre enn den tidligere registreringen av DNA tatt fra et sibirsk mammutbein.
Gamle DNA har blitt brukt til å kartlegge et to millioner år gammelt økosystem som har motstått ekstreme klimaendringer. Forskerne håper at resultatene kan bidra til å forutsi de langsiktige miljøkonsekvensene av dagens globale oppvarming.
Oppdagelsen ble gjort av et team av forskere ledet av professor Eske Willerslev og professor Kurt H. Kjær. Professor Willerslev er stipendiat ved St John’s College, Cambridge University og direktør for Lundbeck Foundation Center for Geogenetics ved Københavns Universitet, hvor geologiekspert professor Kjær også er basert.
Resultatene av de 41 nyttige prøvene funnet skjult i leire og kvarts er publisert i dag i Natur.
Professor Willerslev sa: «Et nytt kapittel har endelig åpnet som dekker ytterligere en million år med historie, og for første gang kan vi se direkte inn i DNAet til et økosystem som har gått så langt tilbake i tid.
«DNA kan brytes ned raskt, men vi har vist at vi under de rette omstendighetene nå kan gå lenger tilbake i tid enn noen våget å forestille seg. »
Professor Kjær sa: «De eldgamle DNA-prøvene ble funnet dypt i sedimenter som hadde samlet seg over 20 000 år. Sedimentene ble til slutt bevart i is eller permafrost og, viktigere, uforstyrret av mennesker i to millioner år. »
De ufullstendige prøvene, bare noen få milliondeler av en millimeter lange, ble tatt fra København-formasjonen, en nesten 100 meter tykk sedimentavsetning som ligger ved munningen av en fjord i Polhavet, helt nord på Grønland. Klimaet på Grønland på den tiden varierte fra arktisk til temperert og var 10 til 17 °C varmere enn Grønland i dag. Sediment akkumulert meter for meter i en grunne bukt.
Forskere har funnet bevis på dyr, planter og mikroorganismer, inkludert rein, harer, lemen, bjørk og poppel. Forskerne fant til og med at Mastodon, et pattedyr fra istiden, vandret så langt som til Grønland før det senere ble utryddet. Man trodde tidligere at rekkevidden til de elefantlignende dyrene ikke strekker seg så langt som til Grønland fra deres kjente opphav i Nord- og Mellom-Amerika.
Detektivarbeidet til 40 forskere fra Danmark, Storbritannia, Frankrike, Sverige, Norge, USA og Tyskland har låst opp hemmelighetene til DNA-fragmentene. Prosessen var møysommelig: de måtte først fastslå om det var DNA skjult i leiren og kvartsen, og hvis det var, kunne de med hell skille DNA fra sedimentet for undersøkelse? Svaret var til slutt ja. Forskerne sammenlignet hvert stykke DNA med enorme biblioteker av DNA fra levende dyr, planter og mikroorganismer. Et bilde begynte å dukke opp fra DNAet til trær, busker, fugler, dyr og mikroorganismer.
Noen av DNA-fragmentene var lette å klassifisere som forfedre til nåværende arter, andre kunne bare kobles på slektsnivå, og noen kom fra arter som ennå ikke kunne plasseres i DNA-bibliotekene til dyr, planter og mikroorganismer. bor i 21st århundre.
De to millioner år gamle prøvene hjelper også forskere med å forstå et tidligere ukjent stadium i utviklingen av DNA fra en rekke arter som fortsatt eksisterer i dag.
Professor Kjær sa: «Frakt er dyrt og mange prøver ble tatt i 2006 da teamet var på Grønland for et annet prosjekt, de har vært lagret siden.
«Det var ikke før en ny generasjon av DNA-ekstraksjons- og sekvenseringsutstyr ble utviklet at vi var i stand til å lokalisere og identifisere ekstremt små og skadede DNA-fragmenter i sedimentprøver. Dette betyr at vi endelig var i stand til å kartlegge en to-millioner-års- gammelt økosystem.»
Assistentprofessor Mikkel W. Pedersen, medforfatter av artikkelen og også basert ved Lundbeck Foundation Center for Geogenetics, sa: «Kap København-økosystemet, som ikke har noen nåværende ekvivalent, eksisterte ved temperaturer som er betydelig høyere enn vi har i dag – – og fordi klimaet ved første øyekast ser ut til å ha vært likt klimaet vi forventer på planeten vår i fremtiden på grunn av global oppvarming.
«En av nøkkelfaktorene her er hvor godt arter vil være i stand til å tilpasse seg endrede forhold som følge av en betydelig temperaturøkning. Dataene antyder at flere arter kan utvikle seg og tilpasse seg vidt varierende temperaturer enn tidligere antatt. Men fremfor alt viser disse resultatene at de trenger tid til å gjøre det. Den nåværende hastigheten på global oppvarming betyr at organismer og arter ikke har den tiden, så klimakrisen er fortsatt en stor trussel mot biologisk mangfold og verden: utryddelse er i horisonten for noen arter. inkludert planter og trær. »
Ved å undersøke eldgammelt DNA fra Kap København-formasjonen fant forskerne også DNA fra en lang rekke mikroorganismer, inkludert bakterier og sopp, som de fortsetter å kartlegge. En detaljert beskrivelse av hvordan samspillet mellom dyr, planter og encellede organismer fungerte biologisk innenfor det eldgamle økosystemet på det nordligste punktet av Grønland vil bli presentert i en fremtidig forskningsartikkel.
Det er nå håp om at noen av plante-DNA-triksene som ble oppdaget for to millioner år siden kan brukes til å gjøre noen truede arter mer motstandsdyktige mot global oppvarming.
Professor Kjær sa: «Det er mulig at genteknologi kan etterligne strategien utviklet av planter og trær for to millioner år siden for å overleve i et klima preget av stigende temperaturer og unngå utryddelse av visse arter, planter og trær. Dette er en av de grunner til at dette vitenskapelige gjennombruddet er så viktig fordi det kan avsløre hvordan man kan prøve å motvirke den ødeleggende virkningen av global oppvarming.»
Oppdagelsene av Kap København-formasjonen på Grønland åpnet en ny æra innen DNA-deteksjon.
Professor Willerslev forklarte: «DNA overlever generelt best under kjølige, tørre forhold, slik det har vært mesteparten av tiden siden materialet ble deponert ved Kap København. Nå som vi har lykkes med å trekke ut gammelt DNA fra leire og kvarts, er det mulig at gammelt DNA ble bevart i leire i varme og fuktige miljøer på steder funnet i Afrika.
«Hvis vi kan begynne å utforske det eldgamle DNAet til leirkorn fra Afrika, vil vi kunne samle banebrytende informasjon om opprinnelsen til mange forskjellige arter, kanskje til og med ny innsikt i tidlige mennesker og deres forfedre – mulighetene er uendelige. »
«Gamer. Faller mye ned. Ivrig baconfan. Webaholic. Ølgørd. Tenker. Musikkutøver.»