Een kern van sediment uit de ijstijd in het noorden van Groenland heeft ’s werelds oudste DNA-sequenties opgeleverd

Door Katie Hunt.

Vertaling: Martien de Wit.

Uit de 2 miljoen jaar oude DNA-monsters blijkt dat het nu grotendeels levenloze poolgebied ooit een rijk planten- en dierenleven kende – waaronder olifantachtige zoogdieren die bekend staan als mastodonten, rendieren, hazen, lemmingen, ganzen, berkenbomen en populieren, aldus nieuw onderzoek dat woensdag in het tijdschrift Nature is gepubliceerd.

De mix van gematigde en Arctische bomen en dieren wijst op een voorheen onbekend type ecosysteem dat geen modern equivalent heeft – een ecosysteem dat zou kunnen fungeren als een genetische routekaart voor hoe verschillende soorten zich zouden kunnen aanpassen aan een warmer klimaat, aldus de onderzoekers.

De bevinding is het werk van Deense wetenschappers die tijdens een expeditie in 2006 omgevings-DNA – genetisch materiaal dat door alle levende organismen in het milieu wordt uitgestoten – konden opsporen en terugvinden in minuscule hoeveelheden sediment uit de København Formatie, in de monding van een fjord in de Noordelijke IJszee in het noordelijkste puntje van Groenland. (Groenland is een autonoom land binnen Denemarken.)

Vervolgens vergeleken zij de DNA-fragmenten met bestaande bibliotheken van DNA dat was verzameld van zowel uitgestorven als levende dieren, planten en micro-organismen. Het genetisch materiaal onthulde tientallen andere planten en wezens die niet eerder op de vindplaats waren ontdekt op basis van wat bekend is van fossielen en pollen.

“Het eerste wat ons verbaasde toen we naar deze gegevens keken, was natuurlijk de mastodont en de aanwezigheid ervan zo ver in het noorden, dat is vrij ver ten noorden van wat we kenden als zijn natuurlijke verspreidingsgebied,”

zei co-auteur Mikkel Pedersen, assistent-professor aan het GeoGenetica Centrum van de Lundbeck Foundation van de Universiteit van Kopenhagen, tijdens een nieuwsconferentie.

Het breekt het vorige record voor ’s werelds oudste DNA, dat werd gevestigd door vorig jaar gepubliceerd onderzoek naar genetisch materiaal uit de tand van een mammoet die meer dan een miljoen jaar geleden op de Siberische steppe rondzwierf, alsook het vorige record voor DNA uit sedimenten.

Een reconstructie van een illustrator van hoe de Kap København Formatie in het noorden van Groenland er 2 miljoen jaar geleden zou kunnen hebben uitgezien (zie boven).

Weelderig ecosysteem

Terwijl DNA van dierlijke botten of tanden licht kan werpen op een individuele soort, stelde omgevings-DNA wetenschappers in staat een beeld te vormen van een heel ecosysteem, aldus professor Eske Willerslev, een fellow van St John’s College aan de Universiteit van Cambridge en directeur van het Lundbeck Foundation GeoGenetics Centre. In dit geval bestond de ecologische gemeenschap die de onderzoekers reconstrueerden toen de temperaturen tussen 10 en 17 graden Celsius warmer waren dan nu op Groenland.

“In de regio zijn slechts enkele fossielen van planten en dieren gevonden. Het was super spannend toen we het DNA terugvonden (om dat heel, heel andere ecosysteem te zien). Men wist van macrofossielen dat er bomen waren geweest, een soort bos, maar dankzij het DNA konden we veel meer taxa (soorten levende organismen) identificeren,”

aldus Willerslev, die het onderzoek leidde.

De onderzoekers waren verrast dat ceders zoals die nu in British Columbia voorkomen, ooit in het noordpoolgebied zouden hebben gegroeid, naast soorten zoals lariks, die nu in de noordelijkste uithoeken van de planeet groeien. Zij vonden geen DNA van carnivoren, maar denken dat roofdieren – zoals beren, wolven of zelfs in het ecosysteem aanwezig moeten zijn geweest.

Love Dalen, professor aan het Centre for Palaeogenetics van de Universiteit van Stockholm, die werkte aan het onderzoek naar DNA van mammoettanden maar niet betrokken was bij deze studie, zei dat de baanbrekende vondst echt “de grenzen verlegde” op het gebied van oud DNA.

“Dit is echt een geweldige studie!” zei hij via e-mail. “Het kan ons vertellen over de samenstelling van ecosystemen op verschillende tijdstippen, wat echt belangrijk is om te begrijpen hoe veranderingen in het klimaat in het verleden de biodiversiteit op soortniveau hebben beïnvloed. Dit is iets wat dierlijk DNA niet kan.”

“Ook de bevindingen dat verschillende gematigde soorten (zoals verwanten van de spar en de mastodont) op zulke hoge breedtegraden leefden, zijn buitengewoon interessant,” voegde hij eraan toe.

Een close-up van organisch materiaal in de kustafzetting van de Kap København formatie in het noorden van Groenland.

Genetische routekaart voor klimaatverandering?

Willerslev zei dat het 16 jaar durende onderzoek het langste project in zijn soort was waarbij hij en de meeste van zijn team van onderzoekers ooit betrokken waren geweest.

Het winnen van de fragmenten genetische code uit het sediment vergde veel wetenschappelijk speurwerk en verschillende nauwgezette pogingen – nadat het team voor het eerst had vastgesteld dat het DNA in klei en kwarts in het sediment verborgen zat en daaruit kon worden losgemaakt. Het feit dat het DNA zich had gebonden aan minerale oppervlakken was waarschijnlijk de reden waarom het zo lang overleefde, aldus de onderzoekers.

“We onderzochten deze monsters opnieuw en we faalden keer op keer. Ze kregen in het lab de naam de ‘vloek van de København Formatie’,” zei Willerslev.

Verdere studie van omgevings-DNA uit deze periode zou wetenschappers kunnen helpen begrijpen hoe verschillende organismen zich zouden kunnen aanpassen aan klimaatverandering.

“Het is een klimaat dat we op aarde verwachten als gevolg van de opwarming van de aarde en het geeft ons een idee van hoe de natuur zal reageren op stijgende temperaturen,” legde hij uit.

“Als we erin slagen deze routekaart goed te lezen, bevat hij echt de sleutel tot hoe organismen zich kunnen aanpassen en hoe we organismen kunnen helpen zich aan te passen aan een zeer snel veranderend klimaat.”

***

Bron hier.

***