DNA ηλικίας δύο εκατομμυρίων ετών εντοπίστηκε για πρώτη φορά, ανοίγοντας ένα νέο κεφάλαιο στην ιστορία της εξέλιξης.
Μικροσκοπικά τμήματα περιβαλλοντικού DNA βρέθηκαν σε ιζήματα της Εποχής των Παγετώνων, στη βόρεια Γροιλανδία. Τα τμήματα είναι κατά ένα εκατομμύριο χρόνια παλαιότερα από το αρχαιότερο δείγμα DNA που είχαμε βρει έως τώρα, το οποίο είχε εξαχθεί από τα οστά ενός μαμούθ της Σιβηρίας.
Το αρχαίο αυτό DNA χρησιμοποιήθηκε για τη χαρτογράφηση ενός οικοσυστήματος ηλικίας δύο εκατομμυρίων ετών, το οποίο αντιμετώπιζε μία ακραία κλιματική αλλαγή. Τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην πρόβλεψη των μακροπρόθεσμων περιβαλλοντικών επιπτώσεων της σημερινής υπερθέρμανσης του πλανήτη.
Η ανακάλυψη έγινε από μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τους καθηγητές Eske Willerslev και Kurt Kjær. Ο καθηγητής Willerslev είναι Μέλος του “St John’s College”, του Πανεπιστημίου του Cambridge και Διευθυντής του “Lundbeck Foundation GeoGenetics Centre” στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης όπου εδρεύει και ο ειδικός στη γεωλογία, καθηγητής Kjær.
Τα αποτελέσματα για τα 41 χρησιμοποιήσιμα δείγματα που βρέθηκαν κρυμμένα μέσα σε πηλό και χαλαζία, δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό “Nature”.
«Ένα νέο κεφάλαιο, το οποίο καλύπτει ένα επιπλέον εκατομμύριο χρόνια ιστορίας, άνοιξε επιτέλους, και για πρώτη φορά μπορούμε να δούμε απευθείας το DNA ενός οικοσυστήματος του παρελθόντος τόσο πίσω στο χρόνο», λέει ο Wilerslev.
«Το DNA μπορεί να υποβαθμιστεί γρήγορα, δείξαμε όμως ότι, κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, μπορούμε να πάμε πίσω στο χρόνο περισσότερο από όσο θα τολμούσε κανείς να φανταστεί.»
«Τα αρχαία δείγματα του DNA βρέθηκαν θαμμένα βαθιά σε ιζήματα, τα οποία συσσωρεύονταν για περισσότερα από 20.000 χρόνια», λέει ο Kjær. «Τα ιζήματα, στην συνέχεια, διατηρήθηκαν μέσα σε πάγο ή σε μόνιμα παγωμένο υπέδαφος (permafrost) και, κυρίως, δεν διαταράχθηκαν για τα επόμενα δύο εκατομμύρια χρόνια.»
Τα κατακερματισμένα δείγματα -μήκους μερικών εκατομμυριοστών του χιλιοστού- ελήφθησαν από τον σχηματισμό København, ένα ιζηματογενές στρώμα πάχους 100 περίπου μέτρων, το οποίο βρίσκεται στο στόμιο ενός φιόρδ στον Αρκτικό Ωκεανό, στο βορειότερο σημείο της Γροιλανδίας. Το κλίμα στη Γροιλανδία εκείνη την εποχή κυμαινόταν μεταξύ αρκτικού και εύκρατου, και ήταν από 10 έως 17 βαθμούς θερμότερο από ό,τι σήμερα. Η συσσώρευση ιζημάτων σε έναν ρηχό κόλπο, δημιούργησε σταδιακά αυτό το στρώμα.
Σε αυτό, ανακαλύφθηκαν στοιχεία ζώων, φυτών και μικροοργανισμών όπως τάρανδοι, λαγοί, λέμινγκ, σημύδες και λεύκες. Οι ερευνητές ανακάλυψαν, ακόμα, ότι ο Μαστόδοντας, ένα θηλαστικό της εποχής των παγετώνων, είχε καταφέρει να φτάσει ως τη Γροιλανδία. Μέχρι τώρα θεωρούσαμε ότι το εύρος της εξάπλωσης αυτού του ζώου που μοιάζει με ελάφαντα, δεν ήταν τοσο μεγάλο ώστε να εκτείνεται από τις περιοχές προέλευσής του -Βόρεια και Κεντρική Αμερική- ως την Γροιλανδία.
Για το ξεκλείδωμα των μυστικών που κρύβονταν μέσα στα θραύσματα του DNA, εργάστηκαν 40 ερευνητές από τη Δανία, το Ηνωμένο Βασίλειο, τη Γαλλία, τη Σουηδία, τη Νορβηγία, τις ΗΠΑ και τη Γερμανία. Η διαδικασία ήταν επίπονη. Πρώτα, έπρεπε να διαπιστώσουν αν υπάρχει κρυμμένο DNA μέσα στον πηλό και τον χαλαζία και -εάν ναι- να μπορέσουν στην συνέχεια να το αποσπάσουν με επιτυχία, από το ίζημα, για να το εξετάσουν. Και τα κατάφεραν. Οι ερευνητές συνέκριναν κάθε τμήμα DNA με εκτεταμένους καταλόγους DNA από σημερινά ζώα, φυτά και μικροοργανισμούς. Άρχισε να αναδύεται μια εικόνα με δέντρα, θάμνους, πουλιά, ζώα και μικροοργανισμούς.
Κάποια από τα τμήματα DNA ήταν εύκολο να ταξινομηθούν ως γενετικό υλικό προκατόχων ορισμένων σημερινών ειδών, άλλα τμήματα μπορούσαν να συνδεθούν μόνο σε επίπεδο γένους, ενώ μερικά προέρχονταν από είδη που ήταν αδύνατον να ταιριάξουν με τους καταλόγους DNA των ζώων, των φυτών και των μικροοργανισμών που ζουν σήμερα.
Τα ηλικίας δύο εκατομμυρίων ετών δείγματα βοηθούν επίσης τους επιστήμονες να αποκτήσουν μια εικόνα για ένα άγνωστο, έως τώρα, στάδιο της εξέλιξης του DNA για μία σειρά από είδη που εξακολουθούν να υπάρχουν μέχρι σήμερα.
«Οι αποστολές κοστίζουν, και πολλά από τα δείγματα ελήφθησαν το 2006 όταν η ομάδα βρισκόταν στη Γροιλανδία για μία άλλη μελέτη· από τότε βρίσκονται αποθηκευμένα», λέει ο Kjær.
«Μόνο αφού αναπτύχθηκε μια νέα γενιά εξοπλισμού εξαγωγής και προσδιορισμού αλληλουχίας DNA, καταφέραμε να εντοπίσουμε τα εξαιρετικά μικρά και φθαρμένα θραύσματα DNA στα δείγματα ιζημάτων. Αυτό σήμαινε ότι τελικά μπορέσαμε να χαρτογραφήσουμε ένα οικοσύστημα ηλικίας δύο εκατομμυρίων ετών.»
«Το οικοσύστημα Kap København -αντίστοιχο του οποίου δεν υπάρχει, σήμερα- υπήρξε κάτω από θερμοκρασίες αρκετά υψηλότερες από τις τρέχουσες. Απ’ ό,τι φαίνεται, το κλίμα ήταν παρόμοιο με αυτό που περιμένουμε να επικρατήσει μελλοντικά στον πλανήτη μας, λόγω της υπερθέρμανσης,», λέει ο Mikkel Pedersen, επίκουρος καθηγητής στο “Lundbeck Foundation GeoGenetics Centre” και ένας από τους κύριους συγγραφείς της δημοσίευσης,
«Ένας από τους βασικούς παράγοντες εδώ, είναι το ποιός θα είναι ο βαθμός, στον οποίο θα μπορέσουν τα είδη να προσαρμοστούν στην αλλαγή των συνθηκών που προκύπτουν από μια σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας. Τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι τα είδη που μπορούν να εξελιχθούν και να προσαρμοστούν σε εξαιρετικά μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες είναι περισσότερα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Το σηματνικότερο, όμως, είναι ότι τα αποτελέσματα δείχνουν πως χρειάζονται χρόνο για να το κάνουν αυτό. Η ταχύτητα της σημερινής υπερθέρμανσης του πλανήτη μας δείχνει ότι οι οργανισμοί και τα είδη δεν έχουν αυτό το χρόνο, επομένως η έκτακτη κλιματική κατάσταση παραμένει μια τεράστια απειλή για τη βιοποικιλότητα και τον κόσμο – η εξαφάνιση είναι στον ορίζοντα για ορισμένα είδη, συμπεριλαμβανομένων φυτών και δέντρων».
Μελετώντας το αρχαίο DNA από τον σχηματισμό Kap København, οι ερευνητές βρήκαν επίσης DNA από ένα ευρύ φάσμα μικροοργανισμών, συμπεριλαμβανομένων βακτηρίων και μυκήτων, τους οποίους συνεχίζουν να χαρτογραφούν. Μια λεπτομερής περιγραφή του τρόπου με τον οποίο λειτουργούσε βιολογικά η αλληλεπίδραση – μεταξύ ζώων, φυτών και μονοκύτταρων οργανισμών – στο πρώην οικοσύστημα του βορειότερου σημείου της Γροιλανδίας θα παρουσιαστεί σε μελλοντική εργασία.
Πλέον, ελπίζουμε ότι κάποια από τα “κόλπα” του DNA των φυτών, που ανακαλύφθηκε, μπορεί να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν ορισμένα απειλούμενα είδη να γίνουν πιο ανθεκτικά σε ένα θερμαινόμενο κλίμα.
«Η γενετική μηχανική ίσως μπορέσει να μιμηθεί τη στρατηγική που ανέπτυξαν πριν από δύο εκατομμύρια χρόνια τα φυτά και τα δέντρα για να επιβιώσουν σε ένα κλίμα που χαρακτηριζόταν από αύξηση της θερμοκρασίας, αποτρέποντας έτσι την εξαφάνιση ορισμένων ειδών, φυτών και δέντρων», λέει ο Kjær. «Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους αυτή η επιστημονική εξέλιξη είναι τόσο σημαντική· ίσως αποκαλύψει το πως να αντιμετωπίσουμε τις καταστροφικές επιπτώσεις της υπερθέρμανσης του πλανήτη».
Τα ευρήματα από τον σχηματισμό Kap København στη Γροιλανδία ανοίγουν μια νέα περίοδο για την ανίχνευση DNA.
«Το DNA γενικά επιβιώνει καλύτερα σε ψυχρές και ξηρές συνθήκες», λέει ο Willerslev. «Τώρα που καταφέραμε να εξάγουμε αρχαίο DNA από άργιλο και χαλαζία, είναι πιθανό ο πηλός να έχει καταφέρει να διατηρήσει αρχαίο DNA και σε ζεστά, υγρά περιβάλλοντα, σε τοποθεσίες που βρίσκονται στην Αφρική.»
«Εάν μπορέσουμε να αρχίσουμε να μελετάμε αρχαίο DNA από κόκκους αργίλου της Αφρικής, ίσως καταφέρουμε να συγκεντρώσουμε επαναστατικές πληροφορίες για την προέλευση πολλών διαφορετικών ειδών – ίσως ακόμη και νέες γνώσεις για τους πρώτους ανθρώπους και τους προγόνους τους – οι δυνατότητες είναι ατελείωτες.»
Παραπομπές: A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA
Πηγή: https://www.cam.ac.uk/
