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 forrige 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 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, University of Cambridge og direktør for Lundbeck Foundation Center for Geogenetics, University of Copenhagen, hvor geologieksperten professor Kjær også er basert.

Resultater fra de 41 brukbare prøvene funnet skjult i leire og kvarts er publisert i dag i Natur.

Professor Willerslev sa: “Et nytt kapittel som dekker ytterligere en million års historie har endelig blitt åpnet, og for første gang kan vi se direkte på DNAet til et økosystem som har gått så langt tilbake i tid.

“DNA kan brytes ned raskt, men vi har vist at under de rette omstendighetene kan vi nå gå lenger tilbake i tid enn noen våget å forestille seg. »

Professor Kjær sa: «De eldgamle DNA-prøvene ble funnet dypt inne 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, noen få milliondeler av en millimeter lange, ble tatt fra København-formasjonen, en nesten 100 meter tykk sedimentavsetning som ligger i munningen av en ishavsfjord, langt nord på Grønland. Klimaet på Grønland varierte på den tiden mellom arktisk og temperert og var mellom 10 og 17°C varmere enn Grønland i dag. Sedimenter samlet seg meter for meter i en grunne bukt.

Forskere har funnet bevis på dyr, planter og mikroorganismer, inkludert rein, hare, lemen, bjørk og poppel. Forskere fant til og med at Mastodon, et pattedyr fra istiden, vandret hele veien til Grønland før han senere ble utryddet. Tidligere trodde man at rekkevidden til de elefantlignende dyrene ikke strekker seg så langt som til Grønland fra dets 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 arbeidskrevende – de måtte først fastslå om det var DNA skjult i leiren og kvartsen, og hvis det var, kunne de lykkes med å løsne DNA fra sedimentet for å undersøke? Svaret var til syvende og sist ja. Forskerne sammenlignet hvert DNA-fragment 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 forgjengere til dagens arter, andre kunne bare kobles på slektsnivå, og noen kom fra arter som fortsatt ikke kunne plasseres i DNA-bibliotekene til dyr, planter og mikroorganismer. bor i det 21^st århundre.

De to millioner år gamle prøvene hjelper også forskere med å få innsikt i et tidligere ukjent stadium i utviklingen av DNA fra en rekke arter som fortsatt eksisterer i dag.

Professor Kjær sa: «Forsendelser er dyre og mange prøver ble tatt i 2006 da teamet var på Grønland for et annet prosjekt, de har vært lagret siden.

“Det var først da 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. Det betyr at vi endelig klarte å kartlegge et to millioner år gammelt økosystem. »

Assistent Professor Mikkel W. Pedersen, med-førsteforfatter av artikkelen og også basert ved Lundbeck Foundation Center for Geogenetics, sa: “Kap København-økosystemet, som ikke har nåværende tilsvarende, eksisterte ved betydelig høyere temperaturer 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 tyder på at flere arter kan utvikle seg og tilpasse seg vilt varierende temperaturer enn tidligere antatt. Men fremfor alt viser disse resultatene at de trenger tid til å gjøre det. Hastigheten til dagens globale 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 – innenfor det eldgamle økosystemet på det nordligste punktet av Grønland fungerte biologisk vil bli presentert i en fremtidig forskningsartikkel.

Det er nå håp om at noen av “triksene” med plante-DNA 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 forhindre 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 effekten av global oppvarming. »

Oppdagelsene av Kap København-formasjonen på Grønland åpnet en helt ny æra innen DNA-deteksjon.

Professor Willerslev forklarte: «DNA overlever generelt best i kalde, tørre forhold som de som har vært mesteparten av tiden siden materialet ble deponert ved Kap København. Nå som vi har lykkes med å utvinne gammelt DNA fra leire og kvarts, kan det være mulig at leire kan ha bevart gammelt DNA i varme, fuktige miljøer på steder funnet i Afrika.

«Hvis vi kan begynne å utforske det eldgamle DNAet til leirkorn fra Afrika, kan vi kanskje samle banebrytende informasjon om opprinnelsen til mange forskjellige arter – kanskje til og med ny innsikt i tidlige mennesker og deres forfedre – mulighetene er uendelige. »