Cea mai veche pictură ADN cunoscută a unei Arctici odată luxuriante

În permafrostul de la marginea de nord a Groenlandei, oamenii de știință au descoperit cele mai vechi fragmente de ADN cunoscute, oferind o privire extraordinară asupra unui ecosistem antic extraordinar.

The materialul genetic datează de cel puțin două milioane de ani – este aproape de două ori mai vechi decât ADN-ul mamut din Siberia care conținea înregistrarea anterioară. Și mostrele descrie Miercuri, în revista Nature, proveneau din peste 135 de specii diferite.

Împreună, ei arată că o zonă la doar 600 de mile de Polul Nord a fost odată acoperită de o pădure de plopi și mesteacăni locuită de giganți. Pădurile găzduiau, de asemenea, caribu și iepuri arctici. Iar apele calde de coastă au fost umplute cu crabi potcoave, o specie care nu se mai găsește astăzi mai la nord în Maine.

Experții independenți au salutat studiul drept o descoperire majoră.

„Este aproape magic să poți deduce o imagine atât de completă a unui ecosistem antic din fragmente minuscule de ADN conservat”, a spus Beth Shapiro, paleogenetician la Universitatea din California, Santa Cruz.

„Cred că îi va uimi pe oameni”, a spus Andrew Christ, un geoscientist la Universitatea din Vermont, care studiază Arctica antică. — Cu siguranță a făcut-o pentru mine.

Descoperirea a venit după două decenii de pariuri științifice și eșecuri frustrante.

Unul dintre liderii proiectului, Eske Willerslev, a dezvoltat metode de extragere a ADN-ului din sedimente în timp ce era student absolvent la Universitatea din Copenhaga. În 2003, în timp ce studiau o bucată de permafrost siberian, el și colegii săi au găsit ADN din plantelor precum salcia și margaretele care datează de acum 400.000 de ani.

Această descoperire a stabilit un record pentru cel mai vechi ADN, iar mulți oameni de știință s-au îndoit că ar putea fi găsit ceva mult mai vechi. Dar în 2006, dr. Willerslev și Kurt Kjaer, un geoștiință la Universitatea din Copenhaga, au încercat să depășească șansele din nordul Groenlandei. S-au îndreptat către o formațiune geologică numită Kap Kobenhavn, o serie de dealuri goale la fel de pustii ca un peisaj lunar. Anterior, oamenii de știință au găsit acolo fosile de plante pe care le estimau că au o vechime de 2,4 milioane de ani. Găsirea ADN-ului în sedimente ar fi fost uimitoare.

„Dacă vrei să duci la bun sfârșit lucrurile, trebuie să faci câțiva pași”, a spus Dr. Kjaer.

Cercetătorii au dezgropat permafrostul și l-au adus înapoi la Copenhaga pentru a căuta ADN. Nu au găsit niciunul.

Mai târziu, dr. Willerslev și colegii săi au avut mai mult succes atunci când s-au uitat la sedimente și oase mai tinere din alte părți ale lumii. Ei au descoperit o bogăție de ADN uman antic care a ajutat la remodelarea înțelegerii noastre asupra istoriei speciei noastre.

Pe parcurs, cercetătorii și-au adaptat metodele de extragere a ADN-ului din probe antice și au îmbunătățit mașinile pe care le-au folosit pentru a-l secvența. Pe măsură ce s-au îmbunătățit la pescuitul genetic, au luat mai multe mostre de la Kap Kobenhavn pentru o nouă injectare.

Dar ani de zile au eșuat, iar și iar. Ocazional, au fost atrași de ceea ce părea a fi bucăți scurte de ADN, numite citiri. Cercetătorii nu au putut exclude posibilitatea ca fragmente de ADN tânăr din Groenlanda, sau chiar din laboratorul lor, să fi contaminat citirile.

În cele din urmă, după o actualizare majoră a tehnologiei lor, au găsit ADN în probe în 2017. Permafrostul s-a dovedit a fi încărcat cu material genetic. În scurt timp, au adunat milioane de fragmente de ADN.

„A fost o descoperire”, a spus dr. Willerslev. „S-a trecut de la nimic sau foarte puțin despre care nu știi că este real, la brusc: este acolo”.

Cercetătorii au aliniat fragmentele cu secvențe de ADN de la specii vii pentru a determina locul lor pe arborele evolutiv. Ei au descoperit 102 tipuri diferite de plante, inclusiv 78 care fuseseră identificate anterior din fosile și 24 de altele noi. ADN-ul plantei a pictat o imagine a pădurilor dominate de plopi și mesteceni.

Alte secvențe provin de la animale terestre, inclusiv caribu, iepuri de câmp, mastodonti, gâște, lemmings și furnici. Cercetătorii au descoperit și specii marine, cum ar fi crabii potcoave, coralii și algele.

„A înlocuit tot ce ne-am imaginat”, a spus Dr. Kjaer.

Cercetătorii au căutat, de asemenea, în permafrost noi indicii despre vârsta fosilelor. Ei au descoperit straturi în sedimente în care mineralele au arătat că câmpul magnetic al Pământului s-a inversat. Vârsta acestor inversiuni i-a ajutat pe cercetători să stabilească că Kap Kobenhavn avea cel puțin două milioane de ani, dar nu au putut stabili o limită superioară clară. „Sentimentul meu instinctiv ca geolog este ca este mai vechi”, a spus Dr. Kjaer.

Cercetătorii au exclus posibilitatea ca ADN-ul să provină de la specii mai tinere care au contaminat permafrostul mai vechi. ADN-ul mesteacănilor Kap Kobenhavn nu avea multe mutații ale speciilor vii, ceea ce indică faptul că aceștia erau vechi. ADN-ul lui Kap Kobenhavn a prezentat, de asemenea, un model distinct de deteriorare care apare numai atunci când moleculele au rămas în sediment pentru perioade geologice.

„Ajută cu adevărat să arătăm că acesta este cu adevărat ADN vechi”, a spus Tyler Murchie, cercetător postdoctoral la Universitatea McMaster, care nu a fost implicat în noul studiu.

Cercetătorii au fost surprinși de unele dintre speciile pe care le-au găsit. Caribui trăiesc astăzi în Groenlanda, așa cum se întâmplă în mare parte din Arctica. Dar până acum, înregistrările lor fosile sugerează că au evoluat acum un milion de ani. ADN-ul lor le dublează acum istoria evolutivă.

Love Dalén, un paleogeneticist de la Universitatea din Stockholm, care a descoperit anul trecut ADN de mamut vechi de 1,2 milioane de ani în Siberia, s-a mirat că mastodontii au apărut în Groenlanda. — Ce caută acolo sus? El a intrebat.

Dr Dalén a remarcat că cele mai apropiate fosile de mastodont cunoscute au fost rămășițe vechi de 75.000 de ani din Nova Scoția – care sunt mult mai tinere decât ADN-ul Groenlandei și mult mai la sud decât Kap Kobenhavn. „Nu poți merge mult mai în nord pe uscat”, a spus el.

Cercetătorii danezi au stabilit că mastodontii din Groenlanda în urmă cu două milioane de ani aparțineau unei ramuri adânci a arborelui genealogic al mastodoților, care era necunoscută anterior. „Acest lucru ar putea însemna că sunt strămoșii mastodoților din Pleistocenul târziu pe care îi cunoaștem, sau ar putea reprezenta o nouă specie”, a spus dr. Dalén.

Din punct de vedere ecologic, giganții s-ar potrivi bine într-o pădure de plopi și mesteacăn din Groenlanda, așa cum au făcut-o în pădurile din America de Nord. În timp ce caribuul este cel mai frecvent în tundra nordică, o subspecie trăiește în pădurile canadiene, oferind indicii despre cum ar fi putut prospera caribuul antic. Dar prezența crabilor potcoave în apele de coastă puțin adânci sugerează că oceanul și pământul erau remarcabil de calde.

Dr. Willerslev și colegii săi continuă să studieze ADN-ul pentru a găsi indicii cu privire la modul în care toate aceste specii ar fi putut să fi prosperat la mii de mile nord de Cercul polar. Copacii, de exemplu, trebuiau să supraviețuiască jumătate de an în întuneric. ADN-ul păstrat timp de două milioane de ani și-ar putea păstra secretele de adaptare.

Oamenii de știință sunt, de asemenea, interesați de modul în care fragmentele de ADN au reușit să supraviețuiască atât de mult timp și să sfideze așteptările. Cercetările lor indică faptul că moleculele de ADN se pot agăța de feldspat și minerale de argilă, protejându-le de daune ulterioare.

Pe baza acestei descoperiri, cercetătorii dezvoltă noi metode care speră că le vor permite să extragă și mai mult ADN din sedimentele antice. Dr. Kjaer și colegii săi explorează site-uri vechi de patru milioane de ani din Canada în speranța de a doborî propriul record.

Dr. Dalén a spus că ar putea avea succes. Dar daunele pe care el și cercetătorii danezi le descoperă în cel mai vechi ADN îi sugerează că va fi imposibil să găsească material genetic antic datând de mai bine de aproximativ cinci milioane de ani. „Nu sugerează în niciun caz că va exista ADN din fosile de dinozauri”, a spus el.

Dr. Christ a spus că găsirea mai multor ADN din locuri precum Kap Kobenhavn i-ar putea ajuta să înțeleagă mai bine modul în care schimbările climatice induse de om vor modifica Arctica. Nu ar trebui să presupunem, a spus el, că regiunea va semăna cu ecosistemele în locuri mai la sud. La urma urmei, ecosistemul Kap Kobenhavn acum două milioane de ani nu are analogi astăzi.

„Viața se va adapta, dar în moduri la care nu ne așteptăm”, a spus dr. Christ.