科学家利用古代 DNA 重建了 200 万年前的生态系统

科学家们在重建地球历史方面取得了重大突破。

来自格陵兰永久冻土的沉积物含有可追溯到大约 200 万年前的可回收环境 DNA。这比之前的记录早了 100 万年——来自 100 万年前在西伯利亚苔原漫游的长毛猛犸象的 DNA。

这项惊人的工作让一组科学家重建了一个古老的景观，揭示了一个远离北极圈冰冷海岸的世界。

剑桥大学的遗传学家 Eske Willerslev 在英国和丹麦哥本哈根大学。

“DNA 可以快速降解，但我们已经证明，在适当的情况下，我们现在可以回到比任何人都敢想象的更远的时间。”

时间对生物的遗骸并不友善；由于环境压力（如饥饿的微生物）、天气和地质过程，DNA 会迅速降解。如果古老的 DNA 想要存活下来，它通常会被锁在牙齿和骨骼中，在那里它受到相对的保护。

但埋在永久冻土下的物质也相对受到保护。

在这里，从格陵兰岛北部峡湾口 Kap København 地质构造的冰和永久冻土中收集的一系列样本使科学家能够恢复和重建很久以前的环境 DNA。

科学家们多年前在其他工作中获得了大部分这些样本；探险是昂贵的，所以科学家们经常收集比他们需要的更多的东西，以防万一。这些样品存放在仓库中，等待合适的项目出现。

“直到开发出新一代 DNA 提取和测序设备，我们才能够在沉积物样本中定位和识别极小且受损的 DNA 片段，”哥本哈根大学的地质学家 Kurt Kjær 解释道。

“这意味着我们终于能够绘制出一个拥有 200 万年历史的生态系统。”

经过大量艰苦的工作从样本中回收的 DNA 在短短几年前是无法使用的：这些片段很小，只有纳米长，高度降解，而且非常不完整。

然而，过去几十年基因测序技术的进步使科学家们能够从我们周围的世界建立一个庞大的 DNA 数据库。这些 DNA 文库为科学家们提供了一个比较他们具有挑战性的 DNA 片段的点。

这些图书馆意味着科学家们可以煞费苦心地重建缺失的部分，以对那些遗传物质在岩石中被锁了数千年的生物进行普查。

“古代 DNA 样本被发现深埋在 20,000 多年积累的沉积物中，”Kjær 说。“沉积物最终保存在冰或永久冻土中，而且至关重要的是，在 200 万年内没有受到人类的干扰。”

这种重建揭示了与令人惊讶的温和气候相适应的各种生命形式。科学家们发现了与驯鹿和北美驯鹿、旅鼠、鹅、野兔以及有趣的乳齿象有关的动物。

蚂蚁、跳蚤、珊瑚和马蹄蟹也都在沉积物中留下了痕迹，白桦树和杨树也是如此。

研究人员指出，乳齿象的 DNA 特别有趣。所有其他物种的亲属至今仍留在格陵兰岛；以前，人们认为乳齿象的活动范围没有北到格陵兰岛那么远。

其他从微生物和真菌中采集的 DNA 样本仍在进行鉴定。未来的一篇论文将尽科学家的理解来描述生态系统的全部范围。

然而，一些特征已经脱颖而出，表明该地区在早更新世期间的气候要暖和得多——比现在的温度要暖和得多。

研究人员说，这暗示着地球在气候变化面前的未来。

“这里的一个关键因素是物种能够在多大程度上适应温度显着升高引起的条件变化。数据表明，比以前认为的更多物种可以进化并适应剧烈变化的温度，”说哥本哈根大学的地球遗传学家 Mikkel Pederson。

“但是，至关重要的是，这些结果表明他们需要时间来做到这一点。当今全球变暖的速度意味着生物体和物种没有那个时间，因此气候紧急情况仍然是对生物多样性和世界的巨大威胁——灭绝即将来临对于某些物种，包括植物和树木。”

但对于科学家来说，这项工作是一个巨大的飞跃。既然已经成功地从粘土和石英中提取和解释了环境 DNA，那么也有可能对其他地方的古代沉积物进行同样的分析。

“如果我们能够开始探索来自非洲的粘土颗粒中的古代 DNA，我们或许能够收集到关于许多不同物种起源的开创性信息——甚至可能是关于第一批人类及其祖先的新知识，”Willerslev 说。

“可能性是无止境。”

该研究已发表在《自然》杂志上。