Zwei Millionen Jahre alte DNA aus Nordgrönland hat gezeigt, dass die Region einst die Heimat von Mastodons, Lemmingen und Gänsen war, und bietet beispiellose Einblicke in die Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme.
Der Durchbruch in der Analyse alter DNA verschiebt die DNA-Aufzeichnung um 1 Million Jahre auf eine Zeit, als die Arktis 11-19 ° C wärmer war als heute. Die Analyse zeigt, dass die nördliche Halbinsel Grönlands, heute eine Polarwüste, einst boreale Pappel- und Birkenwälder mit Wildtieren aufwies. Die Arbeit bietet Hinweise darauf, wie sich Arten anpassen oder gentechnisch verändert werden könnten, um die Bedrohung durch eine schnelle globale Erwärmung zu überleben.
Prof. Eske Willerslev von der University of Cambridge und der University of Copenhagen sagte: „Endlich wurde ein neues Kapitel aufgeschlagen, das 1 Million zusätzliche Jahre Geschichte umfasst, und zum ersten Mal können wir direkt auf die DNA eines so weit zurückliegenden vergangenen Ökosystems blicken rechtzeitig.”
Die Fragmente sind 1 Million Jahre älter als der vorherige Datensatz für DNA, die aus einem sibirischen Mammutknochen entnommen wurde. „DNA kann schnell abgebaut werden, aber wir haben gezeigt, dass wir unter den richtigen Umständen jetzt weiter in der Zeit zurückgehen können, als sich irgendjemand hätte vorstellen können“, sagte Willerslev.
In Zukunft könnten ähnliche Techniken verwendet werden, um neue Erkenntnisse über die ersten Menschen und ihre Vorfahren zu gewinnen, fügte er hinzu.
Willerslev und Kollegen arbeiteten 16 Jahre lang an dem Projekt, das dazu führte, dass die DNA von 41 Proben, die in Ton und Quarz versteckt gefunden wurden, sequenziert und identifiziert wurde. Die alten DNA-Proben wurden tief in der Kap-København-Formation vergraben gefunden, einer fast 100 Meter dicken Sedimentablagerung, die sich über 20.000 Jahre gebildet hat. Das Sediment, das in der Mündung eines Fjords im Arktischen Ozean an Grönlands nördlichstem Punkt versteckt war, wurde schließlich in Eis oder Permafrost konserviert und blieb zwei Millionen Jahre lang ungestört von Menschen.
Das Extrahieren und Analysieren der DNA war ein mühsamer Prozess, bei dem winzige Fragmente genetischen Materials zusammengesetzt wurden, die zuerst von Ton- und Quarzsedimenten gelöst werden mussten. Erst das Aufkommen einer neuen Generation von DNA-Sequenzierungstechniken ermöglichte es den Wissenschaftlern, extrem kleine und beschädigte DNA-Fragmente zu identifizieren und zusammenzusetzen, indem sie sich auf umfangreiche DNA-Bibliotheken beziehen, die von heutigen Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen gesammelt wurden.
Es entstand ein Bild von Wäldern, die von Rentieren, Hasen, Lemmingen und Mastodons bevölkert sind, einem elefantenähnlichen Eiszeitsäugetier, das bisher nur in Nord- und Mittelamerika gefunden wurde.
Die Proben zeigten keine Fleischfresser – wahrscheinlich, weil ihre Zahl geringer war –, aber die Wissenschaftler spekulierten, dass es alte Bären, Wölfe oder Säbelzahntiger gegeben haben könnte. „Wir wissen nicht, was dort war, aber wahrscheinlich etwas, das Mastodons und Rentiere gefressen hat“, sagte Willerslev.
Die Autoren sagen, es sei ermutigend, dass diese Arten so weit im Norden in einer Region gedeihen konnten, die trotz wärmerer Temperaturen für einen Großteil des Winters noch in Dunkelheit gehüllt gewesen wäre.
„Die Daten deuten darauf hin, dass sich mehr Arten entwickeln und an stark schwankende Temperaturen anpassen können als bisher angenommen“, sagte Dr. Mikkel Pedersen vom Lundbeck Foundation GeoGenetics Center an der Universität Kopenhagen und Co-Erstautor.
Die Geschwindigkeit der globalen Erwärmung bedeutet jedoch, dass viele Arten nicht genug Zeit haben werden, sich anzupassen, was bedeutet, dass der Klimanotstand eine enorme Bedrohung für die biologische Vielfalt bleibt. Willerslev und Kollegen sagten, dass die Untersuchung alter Ökosysteme Hinweise darauf liefern könnte, wie einige Arten genetisch an ein wärmeres Klima angepasst wurden.
„Es ist möglich, dass die Gentechnik die Strategie nachahmen könnte, die Pflanzen und Bäume vor zwei Millionen Jahren entwickelt haben, um in einem Klima zu überleben, das durch steigende Temperaturen gekennzeichnet ist, und das Aussterben einiger Arten, Pflanzen und Bäume zu verhindern“, sagte Prof. Kurt Kjærr von der Universität Kopenhagen und ein Co-Autor. „Dies ist einer der Gründe, warum dieser wissenschaftliche Fortschritt so bedeutend ist, weil er aufzeigen könnte, wie versucht werden kann, den verheerenden Auswirkungen der globalen Erwärmung entgegenzuwirken.“
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.