Liczące dwa miliony lat DNA ujawnia zaginiony, arktyczny świat

Zdjęcie: https://i.natgeofe.com/k/f466cabf-659a-4440-b221-e7c1d80af6f5/greenland-ice.jpg?w=636&h=423

Wykorzystując starożytne DNA – przypuszczalnie najstarsze, które udało się skutecznie przeanalizować – naukowcy starannie odtworzyli starożytny i zalesiony krajobraz na północy – twierdzi Mikkel Pedersen, geograf Uniwersytetu Kopenhaskiego i autor nowego badania opublikowanego w czasopiśmie Nature.

Ten arktyczny obszar nie posiada żadnego współczesnego odpowiednika, twierdzi zespół badaczy. Nie jest to ani tajga, którą można znaleźć we współczesnej Skandynawii, ani las strefy umiarkowanej, lecz raczej unikalna mieszanina. Znaleziono ślady ponad setki różnych gatunków roślin, insektów, gatunków morskich i co więcej, dziewięć gatunków z rodziny kręgowców – od małych gryzoni do sprężystych przodków królików i pojedynczego śladu mastodonta – których skamieniałości nigdy nie znaleziono w Grenlandii.

W zestawieniu, DNA prezentuje obraz złożonego i w pełni zintegrowanego ekosystemu, który istniał i rozwijał się podczas okresu, gdy temperatura w regionie polarnym była o 11-17 stopni Celsjusza cieplejsza niż obecnie, i w epoce, która jest jednym z najbliższych odpowiedników naszej przyszłości ze zmianą klimatu. Wynik nowego badania „nie jest tylko oknem na stary świat, ale również na inną rzeczywistość klimatyczną” – powiedział Brian Buma, ekolog Funduszu Ochrony Środowiska, który nie był częścią grupy badawczej. Stwierdza on, że niesamowita możliwość istnienia takiego bogatego środowiska w tak gorącym świecie stwarza nić nadziei. Jednakże, kluczową różnicą jest to, że ten ekosystem miał prawdopodobnie więcej czasu na przystosowanie się i ewolucję w porównaniu z aktualnym tempem ocieplenia planety.

Krajobraz obfitości

Arktyka ociepla się o około 0,5 stopnia Celsjusza na dekadę. Zimowe temperatury wzrosły o 6 stopni od 1980 roku. W najgorszym przypadku zmiany klimatu, regionalne temperatury mogą ostatecznie wzrosnąć prawie tak wysoko jak te z okresu zaprezentowanego przez próbki z badań. W obliczu takiej zmiany, zrozumienie przyszłości Arktyki wymaga wyraźnego przyjrzenia się jej przeszłości, twierdzi współautor badania, Ekse Willerslev, ewolucyjny genetyk Uniwersytetu w Cambridge. Jest to jedyny sposób, aby „dać nam wyobrażenie o tym, jak natura może odpowiedzieć na wzrost temperatury.”

Epoka wspomniana w badaniu nie jest idealną analogią do przyszłości. Ziemia była gorąca przez wiele milionów lat, ale stopniowo się ochładzała w kierunku bardziej znanego stanu klimatu, wahając się pomiędzy lodowatymi a ciepłymi fazami. „Była tam jednak pozostałość niesamowitej bioróżnorodności” – mówi Natalia Rybczynski, paleobiolog kanadyjskiego Muzeum Historii Naturalnej, która nie uczestniczyła w badaniu. Ciepło pomagało lasom na całej Arktyce, wypełnionym wielbłądami, niedźwiedziami, bobrami i wieloma innymi kręgowcami. „Niesamowicie jest widzieć to wszystko zachowane”, nawet po tym jak klimat zaczął się ochładzać - dodaje Rybczynski.

Teren porastały gatunki drzew takie jak jałowiec wirginijski, którego współcześnie można znaleźć dalej na południu, w miejscach takich jak wyspa Vancouver. Fragmenty DNA ze skrzypłoczy, które teraz prosperują w ciepłych wodach Prądu Zatokowego we wschodnich Stanach Zjednoczonych, sugerują, że wody przybrzeżne były o wiele cieplejsze. Obecność dużych zwierząt, które dużo jadły, takich jak renifery i mastodonty, wskazuje na to, że obszar ten był wysokowydajny. Badacze nie znaleźli żadnych genetycznych śladów drapieżników, niezbędnej części kompletnego ekosystemu, ale prawdopodobne jest, że były one obecne, aczkolwiek rzadkie, zostawiając za sobą tylko odrobinę materiału genetycznego, jak twierdzi Pedersen. „Gdybyśmy kontynuowali uporządkowywanie, pobieranie próbek i spoglądanie głębiej, według moich przewidywań, w pewnym momencie natknęlibyśmy się na jakieś drapieżniki” – kontynuuje Pedersen.

Zdumiewające przełomy naukowe

Szczegółowa rekonstrukcja była niemal 20 lat w toku rozwoju. W 2006 roku, niektórzy z członków grupy badawczej odwiedzili Kap Kobenhavn w północnej Grenlandii poszukując złoży zamrożonej gleby, która mogłaby zawierać zachowane fragmenty DNA. Na miejscu, odkrytym około 40 lat wcześniej, naukowcy szukający starożytnych Arktycznych utworów osadowych odkryli już małe fragmenty gałęzi i szyszek wiekowej brzozy, kawałek zęba królika i więcej dowodów zalesionego obszaru. Te uprzednio odkryte skamieniałości i ziarna pyłku zdradziły wiele z historii. Ale zespół zastanawiał się czy gleba skrywała jeszcze więcej sekretów. W 2006 roku i podczas kolejnych sezonów, zebrali oni więcej zamrożonej gleby i przywieźli ze sobą do laboratorium Uniwersytetu Kopenhaskiego. Jednakże, narzędzia do analizy DNA – a w szczególności tak starego materiału – nie były jeszcze wystarczająco czułe, aby uzyskać solidne wyniki.

A więc czekali. Za każdym razem, gdy powstawała nowa technika, próbowali ponownie. Ktoś zauważył, że fragmenty DNA przytwierdzone do cząsteczek gliny zachowały się szczególnie dobrze, więc skupili się na glinie. Inna grupa odkryła, że mogą skupić się bardziej na kolejności fragmentów DNA, niż na dokładności, a niektóre były tak małe jak 30 par zasad – tylko 1/1000 rozmiaru przeciętnego genu kręgowca. Powoli, lecz systematycznie, te postępy pozwoliły zespołowi przeanalizować DNA Grenlandii, które jest prawdopodobnie o milion lat starsze niż jakiekolwiek uprzednio analizowane próbki. „Prawie magiczne jest być w stanie wywnioskować tak kompletny obraz starożytnego ekosystemu z malutkich fragmentów zachowanego DNA” – napisała w e-mailu niebiorąca udziału w badaniach Beth Shapiro, evolucyjny biolog Uniwersytetu w Santa Cruz w Kalifornii. „Ciągle ustanawiamy sobie maksymalne ograniczenia wiekowe, aby później je łamać, gdy technologia się usprawnia.”