Pradawny ekosystem zrekonstruowany przy użyciu skamieniałego DNA

Możesz przeczytać artykuł Nature za darmo, klikając na link pod zrzutem z ekranu poniżej (pdf jest tutaj). Poniżej znajduje się krótka, popularna relacja z odkryć, również opublikowana w Nature.

Skrócona relacja:

Oto lokalizacja analizowanego obszaru w północnej Grenlandii, Kap København, gdzie znajdowała się ta warstwa gleby (żółta gwiazdka). Obecność warstwy była już znana, a niektóre próbki zostały wykopane w 2006 roku i leżały w kopenhaskiej zamrażarce przez 16 lat. Ktoś wpadł na świetny pomysł, aby sprawdzić, czy uda im się zidentyfikować i zsekwencjonować DNA w tej glebie, i zadziałało!

Zsekwencjonowano małe odcinki DNA i porównano je ze współczesnym DNA, a także domyślnymi DNA u przodków współczesnych taksonów. DNA oczywiście uległ degradacji, ale znaleźli odcinki o długości około 50 par zasad. Porównania dotyczyły głównie mitochondrialnego DNA zwierząt oraz zachowanego chloroplastu lub innego plastydowego DNA roślin. (Znaleźli również pradawny pyłek, którego użyli w połączeniu z danymi DNA).

Po prawej stronie można zobaczyć, jakie zwierzęta znaleziono, w większości zidentyfikowane do rodzaju lub rodziny, ponieważ nie było wystarczającej ilości DNA, aby przeprowadzić dokładniejszą analizę. Poniżej tej liczby umieszczę listę tego, co znaleźli:

Oto, co odkryli na podstawie DNA; były to wszystkie organizmy żyjące mniej więcej w tym samym czasie, około 2 miliony lat temu. I pamiętajcie, że na tym obszarze jest obecnie bardzo mało życia.

70 rodzajów roślin naczyniowych, w tym turzyce, skrzypy, wierzby, głogi, świerki, topole, cisy i brzozy. Niektóre z nich nie rosną już na Grenlandii, ale mieszanka roślin obejmuje te występujące w znacznie cieplejszym środowisku. Pełną listę znajdziesz w artykule.

Mastodont! (Niżej jest rysunek przedstawia jego umiejscowienie na drzewie    filogenetycznym słoni.)

Glony, grzyby i wątrobowce

Morski fitoplankton i zooplankton

Zając

Jeleniowaty podobny do karibu (karibu to inna nazwa renifera). Jak dostały się na Grenlandię? Przypuszczalnie nie była to wtedy wyspa, ale nie mamy pewności.

Ptak spokrewniony ze współczesnymi gęsiami

Gryzoń spokrewniony ze współczesnymi lemingami

Koralowiec budujący rafy

Mrówka

Pchła

Krab (zidentyfikowany jako Limulus polyphemus, współczesny skrzypłocz, uważany za żywą skamielinę). Obecnie Limulus nie rozmnaża się na północ od Zatoki Fundy (około 45° N), podczas gdy to miejsce znajdowało się na 82° N. To pokazuje, o ile cieplej było wtedy na Grenlandii, choć oczywiście kraby mogły ewoluować w ciągu ostatnich kilku milionów lat i zaaklimatyzować się w cieplejszych wodach.

Nie znaleziono żadnych zwierząt mięsożernych; wszystkie zwierzęta były roślinożercami. To nie znaczy, że nie było tam mięsożerców, ale wątpię w to.

Wnioski : Cóż, wiemy, w jaki sposób sekwencje DNA mogą zachować się dwa razy dłużej, niż myśleliśmy, chociaż musi to odbywać się w bardzo szczególnych warunkach. Co ważniejsze, jeśli znajdziesz obszary (a będą to musiały być zimne regiony), w których można wyodrębnić nawet małe sekwencje skamieniałego DNA, być może uda się zrekonstruować całe ekosystemy. Znaleźliśmy zwierzęta i rośliny, których tam nie oczekiwano (renifery, skrzypłocze, głogi i tak dalej) – gatunki przystosowane do cieplejszych siedlisk lub obecnie występujące na obszarach poza Grenlandią.

Istnieją dwa wyjaśnienia tego zjawiska: dzisiejsi krewni utracili przystosowanie do zimnych siedlisk, gdy zostali wyparci z Grenlandii w wyniku formowania się czap lodowych lub po prostu klimat się ocieplił. (Oczywiście oba mogą mieć zastosowanie.) Mogła również nastąpić ewolucyjna zmiana tolerancji termicznej, coś, na co tak naprawdę nie możemy zdobyć dowodów.

Ale te różne wyjaśnienia nie są tak ważne: ważne jest to, że jesteśmy w stanie zrekonstruować całe ekosystemy ze skamieniałego DNA - DNA dwa razy starszego niż wcześniej. Oddaję autorom ostatnie słowo (z artykułu):

Żadna pojedyncza współczesna społeczność roślinna ani siedlisko nie obejmuje taksonów reprezentowanych w wielu próbkach makroskamieniałości i DNA z Kap København. Zespół zbiorowisk reprezentuje mieszankę współczesnych taksonów borealnych i arktycznych, która nie ma odpowiednika we współczesnej roślinności. Do pewnego stopnia jest to oczekiwane, ponieważ amplitudy ekologiczne współczesnych członków tych rodzajów zostały zmodyfikowane przez ewolucję. Ponadto połączenie wysokiego fotoperiodyzmu arktycznego z cieplejszymi warunkami i niższym poziomem koncentracji CO2 w atmosferze sprawiły, że klimat wczesnego plejstocenu północnej Grenlandii bardzo różnił się od dzisiejszego. Mieszany charakter zbiorowisk lądowych znajduje również odzwierciedlenie w zapisie morskim, gdzie znaleziono arktyczne i bardziej kosmopolityczne supergrupy Opistokonta i Stramenopila wraz z krabami, koralowcami i zielonymi eukariontami (Archaeplastida), które dziś zamieszkują cieplejsze wody na bardziej południowych szerokościach geograficznych.

Podsumowując, pokazujemy moc pradawnego eDNA, aby dodać istotne szczegóły do naszej wiedzy o tej wyjątkowej, starożytnej otwartej społeczności lasów borealnych zmieszanych z gatunkami arktycznymi, kompozycji społeczności, która nie ma współczesnych odpowiedników i obejmowała między innymi mastodonty i renifery. Podobne szczegółowe zapisy DNA flory i kręgowców mogą przetrwać w innych miejscowościach. Jeśli zostaną odzyskane, poszerzyłyby naszą wiedzę na temat zmienności klimatu i biotyki.

Czy północna Grenlandia znów będzie taka, jeśli globalne ocieplenie będzie się utrzymywać? Wątpię w to, ponieważ wiele gatunków, jak karibu, nie może już tam dotrzeć, a niektóre, jak mastodonty, po prostu wyginęły. Ale wystarczy wiedzieć, co było tam dwa miliony lat temu.

______________

Kjær, K.H., Winther Pedersen, M., De Sanctis, B. et al. A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature 612, 283–291 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05453-y

https://whyevolutionistrue.com/2022/12/09/ancient-ecosystem-reconstructed-using-fossil-dna/

Ancient ecosystem reconstructed using fossil DNA

Why Evolution Is True, 9 grudnia 2022

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska