Rendkívül ősi DNS-darabkákat fedeztek fel Grönland északi részén, amelyek részletes betekintést kínálnak egy valaha volt virágzó ökoszisztémába. Az elemzett genetikai anyagok kora legalább kétmillió évre nyúlik vissza – így majdnem kétszer olyan régi, mint a korábbi rekordot jelentő, legősibb ismert szibériai mamut DNS-e. Ráadásul a minták nem egyetlen faj egyetlen példányához tartoznak: a Nature című folyóiratban nemrégiben ismertetett DNS-darabok több mint 135 különböző fajból származnak.
A DNS-együttes alapján az Északi-sarktól mindössze 1000 kilométerre található régiót egykor nyár- és nyírfaerdők borították, és masztodonok lakták. Az erdőkben rénszarvasok és sarkvidéki nyulak is éltek, a mainál sokkal melegebb partmenti vizekben pedig tőrfarkú rákok úszkáltak.
A szakértők szerint a vizsgálat, amely két évtizednyi munka eredménye, a sikerek előtt rengeteg frusztráló kudarccal, rendkívüli előrelépést jelent az ősi ökoszisztémák feltárásával kapcsolatban. A projekt egyik vezetője, Eske Willerslev a Koppenhágai Egyetem végzős hallgatójaként kidolgozott egy úttörő módszert a DNS üledékből való kinyerésére. 2003-ban a szibériai permafroszt egy darabját vizsgálva kollégáival együtt 400 ezer évvel ezelőtt élt növények, például fűzfák és százszorszépek DNS-ét azonosították.
Korai kudarcok
Akkori felfedezésük rekordnak számított, ami a legrégebbi szekvenált DNS-t illeti, és sok tudós azt gondolta, hogy ennél sokkal régebbre már nem is nagyon lehet visszatekinteni a módszerrel. 2006-ban azonban Willerslev és Kurt Kjaer, a Koppenhágai Egyetem geológusa úgy döntöttek, hogy megpróbálják a lehetetlent: eljutottak a Grönland északi részén található Kap Kobenhavn nevű geológiai formációhoz, egy ősi, kietlen, kopár dombsorozathoz.
Itt a szakértők korábban olyan ősi növényi maradványokat találtak, amelyek korát 2,4 millió évesre datálták. Ilyen korú DNS azonosítása az üledékben azonban ekkoriban képtelenségnek tűnt. A kutatók mintát vettek a permafrosztból, és visszavitték Koppenhágába, hogy DNS-t nyerjenek ki belőle. Az első próbálkozás kudarcot vallott: nem találtak semmit.
A későbbi években aztán Willerslev és kollégái több sikert is elértek, amikor a világ más részeiről származó fiatalabb üledékeket és csontokat vizsgáltak. Többek közt ősi emberi DNS-maradványokat elemeztek sikerrel, jelentősen átírva a fajunk történetéről alkotott elképzeléseket. Közben pedig saját módszereiket is folyamatosan fejlesztették és finomították, javítva a DNS ősi mintákból történő kivonásának lépéseit, és továbbfejlesztve a szekvenáláshoz használt technológiákat. Ahogy a módszerek fejlődtek, időről időre újra elővették a Kap Kobenhavnból származó mintákat is, hátha egyszer szerencsével járnak.
A próbálkozások azonban éveken át újra és újra kudarccal végződtek. Előfordult, hogy az elemzés során töredékes DNS-nek tűnő darabkák nyomaira akadtak, de a jelek annyira bizonytalanok voltak, hogy nem lehetett kizárni, hogy a fragmentumok a feltárás közben vagy akár a laborban keveredtek a mintákba.
Az áttörés
Végül 2017-re jutott odáig a technológia, hogy egyértelműen sikerült ősi DNS-t azonosítani a mintákban. Innentől pedig nem volt megállás, kiderült, hogy a permafroszt tele van genetikai anyaggal. Rövidesen több millió DNS-darabot gyűjtöttek össze a szakértők. „Igazi áttörés volt. A semmiből vagy alig valamiből, amiről azt sem tudtuk, hogy valódi-e, hirtelen bizonyossá vált, hogy valóban ott vannak a genommaradványok” – mondja Willerslev.
A kutatók a feltárt töredékeket összehasonlították a ma élő fajok DNS-szekvenciáival, és összesen 102 különböző növényfajt azonosítottak. Köztük 78-at már korábban is ismertek a kövületekből, de volt köztük 24 új faj is.
A növényi DNS alapján egyre inkább az a kép bontakozott ki, hogy a ma örök jég borította vidéken egykor nyárfák és nyírfák uralta erdők léteztek.
De találtak szekvenciákat szárazföldi állatoktól is, többek között rénszarvasoktól, nyulaktól, masztodonoktól, ludaktól, lemmingektől és hangyáktól. A kutatók tengeri fajokat is azonosítottak, többek közt tőrfarkú rákokat, korallokat és algákat. Kjaer elmondása szerint az eredmények minden elképzelésüket felülmúlták.
A kutatók a fosszíliák korára vonatkozó is új nyomok után kutattak a permafrosztban. Olyan rétegeket azonosítottak az üledékben, amelyekben az ásványok arról árulkodtak, hogy a Föld mágneses terének iránya megfordult. Ezen váltások alapján sikerült meghatározni, hogy a Kap Kobenhavn legalább kétmillió éves. Egyértelmű felső határt ugyan nem tudtak megállapítani, de Kjaer véleménye szerint könnyen lehet, hogy ennél sokkal régebbi.
A kutatók kizárták annak lehetőségét, hogy az azonosított DNS fiatalabb fajoktól származik, amelyek csak később kerültek bele a permafroszt ősibb rétegeibe. A nyírfák DNS-éből több olyan mutáció hiányzott, amelyekkel az élő fajok rendelkeznek, és az eltérések összhangban voltak a rétegek korával. Jellegzetes és árulkodó volt továbbá a DNS károsodási mintázata is, amelyet az ősi rétegekben várakozva szedtek össze a minták.
Szokatlan ökoszisztéma
Az azonosított fajok némelyike erős meglepte a szakértőket. Ilyen volt a rénszarvasok jelenléte, ami elsőre meglepő lehet. A rénszarvasok ugyan ma elterjedtek Grönlandon és az Északi-sarkvidék nagy részén is, de az eddig fosszilis leletek azt sugallták, hogy csak nagyjából egymillió évvel ezelőtt fejlődtek ki. A talált minták tehát megduplázták evolúciós történetük hosszát.
Love Dalén, a Stockholmi Egyetem paleogenetikusa, aki tavaly Szibériában 1,2 millió éves mamut DNS-t fedezett fel, arra csodálkozott rá, hogy masztodonok nyomait azonosították a kutatók, jelenlétük ugyanis nagyon meglepő Grönlandon. A legközelebbi ismert masztodonfosszíliák 75 ezer éves maradványok, amelyek Kanadában kerültek elő, tehát jóval fiatalabbak, mint a grönlandi DNS, és sokkal délebbre vannak. Szárazföldön pedig nem lehet sokkal északabbra menni, mondja a szakértő.
A dán kutatók ráadásul azt is megállapították, hogy a kétmillió évvel ezelőtt Grönlandon élő masztodonok a családfa egy eddig nem ismert ágához tartoztak. „Ez azt jelentheti, hogy ők lehetnek az általunk ismert késő-pleisztocénbeli masztodonok ősei, vagy hogy egy új fajt képviselnek” – mondja Dalén.
Ökológiai szempontból a masztodonok jól illeszkedhettek a grönlandi erdőkbe, ahogyan az észak-amerikai erdőkben is otthon voltak. Míg a rénszarvasok ma leginkább az északi tundrákon élnek, egy alfajuk a kanadai erdőket lakja. Ezen állatok életmódja fontos információkkal szolgálhat arra vonatkozóan, hogyan éltek az ősi rénszarvasok. A tőrfarkú rákok jelenléte a sekély parti vizekben pedig arra utal, hogy az óceán és a szárazföld egyaránt meglehetősen meleg volt.
Új terepeken
Willerslev és kollégái tovább folytatják az egykori élővilág permafrosztból elásott maradványainak vizsgálatát, hogy megtudják, hogyan tudtak mindezek a fajok az északi sarkkörtől 1600 kilométerre északra boldogulni. A fáknak például az év felét sötétben kellett túlélniük. Talán a kétmillió évig megőrződött DNS elárulja, hogyan alkalmazkodtak ezekhez az extrém körülményekhez. A tudósokat az is érdekli, hogyan sikerült a DNS-töredékeknek ilyen sokáig megőrződniük. Eddigi kutatásaik arra utalnak, hogy a DNS-molekulák képesek megtapadni egyes ásványokon, amelyek megvédik őket a további károsodástól.
A felfedezés alapján a kutatók új módszereken is dolgoznak, amelyek révén reményeik szerint még több DNS-t tudnak majd kinyerni az ősi üledékből, Grönlandon és a világ más részein is. Kjaer és kollégái jelenleg többek közt négymillió évesre datált kanadai vizsgálnak, hátha sikerül megdönteni saját lenyűgöző rekordjukat.
Dalén szerint lehet, hogy sikerrel járnak, ugyanakkor a jelenlegi ismeretek szerint ennél sokkal távolabbra nem lehet visszanyúlni a múltba. A károsodások alapján úgy tűnik, hogy ötmillió évnél idősebb ősi genetikai anyagot már lehetetlen lesz elemzésre megfelelő állapotban megtalálni.
„Vagyis semmi sem utal arra, hogy például a dinoszauruszok korából származó fosszíliákból DNS-t lehetne kinyerni”
– mondja.
A kutatók reményei szerint az ősi DNS elemzése és a további hasonló vizsgálatok abban is segíthetnek, hogy jobban megértsék, hogyan változtatja meg az éghajlatváltozás az Északi-sarkvidéket. Andrew Christ, a Vermonti Egyetem sarkkörkutatója szerint az ősi sarkkörről tudható információk alapján úgy tűnik, hogy nem feltételezhetjük, hogy a régió felmelegedése után egyszerűen a délebbre fekvő helyek jelenlegi ökoszisztémáihoz fog hasonlítani. A Kap Kobenhavn vidékén kétmillió évvel ezelőtt jellemző ökoszisztémának ugyanis nincs mai mása. „Az élővilág kétségkívül alkalmazkodni fog a helyzethez, de hogy hogyan, azt nem tudjuk” – mondja a kutató.
