01 февруари 2023
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

ДНК на 2 милиона години, най-старата откривана някога, отваря прозорец към миналото

Праисторическата гора на Северна Гренландия е била дом на мастодонти, северни елени, зайци и изобилие от растителен живот.

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 09 декември 2022 в 00:01 42560
Художествена реконструкция на формацията нос Копенхаген (Kap København) отпреди два милиона години. Кредит: Beth Zaikenjpg.

Това е откритие, което звучи като от филм за Джурасик парк. За първи път учени откриват ДНК на възраст два милиона години, с което подобряват предишния рекорд с един милион години.

Микроскопичните фрагменти от ДНК са дълги по няколко милионни части от милиметъра и са открити в седименти от ледниковата епоха в Северна Гренландия и включват ДНК от северни елени, растения и дори мастодонти.

Седиментните отлагания от вечната замръзналост на Гренландия съдържат възстановима екологична ДНК, датирана отпреди около 2 милиона години. Това е с 1 милион години повече от предишния рекорд – ДНК от вълнест мамут, бродил из сибирската тундра преди 1 милион години.

Тази удивителна работа позволява на екип учени да реконструират древен пейзаж, разкривайки свят, далеч от ледените брегове на Арктическия кръг.

„Нова глава, обхващаща 1 милион допълнителни години история, най-накрая беше отворена и за първи път можем да погледнем директно към ДНК на една минала екосистема толкова далеч назад във времето“, коментира генетикът Еске Вилерслев от Университета в Кеймбридж в Великобритания и Университета на Копенхаген в Дания.

„ДНК може да се разгради бързо, но ние показахме, че при правилните обстоятелства сега можем да се върнем по-назад във времето, отколкото някой би могъл да си представи.“

Полярният пустинен пейзаж на нос Копенхаген днес. Кредит: Nicolaj K. Larsen

Екипът публикува резултатите от 16-годишното си търсене на древна ДНК в списание Nature. В ново изследване екип от учени открива древен ДНК запис на околната среда (еДНК - environmental DNA), описващ богатите растителни и животински съобщества от формацията Кап Кьобенхавн (Kap København от датски "нос Копенхаген") в Северна Гренландия.

Микроскопичните фрагменти, всеки от които е дълъг няколко милионни части от милиметъра, са открити в седименти от ледниковия период в северна Гренландия

Наскоро размразени мъхове от крайбрежните отлагания на вечна замръзналост. Мъхът идва от ерозията на реката, която е прорязала пейзажа в Кап Кьобенхавн преди около два милиона години

Учените успяват да секвенират еДНК от 41 проби от седименти, събрани през 2006, 2012 и 2016 г. от формацията и ненарушавани от хора в продължение на 2 милиона години. Анализите им разкриват, че на мястото, което сега е скучна, сива полярна пустиня, някога е имало буйна гора, пълна със северни елени, зайци, мастодонти и голямо разнообразие от растителни видове.

Новоразмразени мъхове от крайбрежните залежи на вечната замръзналост. Мъхът произхожда от ерозията на реката, която е прорязала пейзажа в Кап Кьобенхавн преди около два милиона години. Кредит: Nicolaj K. Larsen

41-те годни за употреба ДНК проби са открити скрити в глина и кварц във формацията Кап Кьобенхавн - седиментни отлагания с дебелина почти 100 метра, закътани в устието на фиорд в Северния ледовит океан.

Професор Курт Кяер (Kurt Kjaer) от Геогенетичния център на фондация "Лундбек" към Копенхагенския университет заявява:

"Древните ДНК проби бяха открити заровени дълбоко в седимент, който се е натрупвал в продължение на 20 000 години.

"В крайна сметка седиментът се е запазил в лед или вечна замръзналост и, което е изключително важно, не е бил нарушаван от хората в продължение на два милиона години".

Вилерслев, пионер в областта на генетиката, който и преди е възстановявал електронна ДНК от ледени ядра и е доказвал, че тя може да оцелее в ледниците, отбелязва, че "пробивът" се основава на експертен опит, напредък в техниките за генетично секвениране и биоинформатика.

История в почвата

ДНК, която носи инструкциите за живот, не е особено здрава молекула. Връзките, които я държат заедно, са слаби и с течение на времето се разрушават.

Ето защо, въпреки че разполагаме с множество фосили на динозаври, нямаме динозавърска ДНК. Зверовете са измрели преди 66 милиона години, а ДНК просто не може да оцелее толкова дълго.

Когато ДНК се разгражда, някогашните дълги нишки с информация се разпадат на все по-малки парчета. Става почти невъзможно тези фрагменти да бъдат сглобени отново в правилната конфигурация, особено ако са смесени с много други ДНК от околната среда.

Представете си ДНК като книга. Да речем "Алиса в страната на чудесата". Ако имате цялата книга, можете да разберете историята. Но ако ви липсват няколко страници, може да не разберете откъде се е появил Белият заек или защо Алиса се е озовала на чаено парти с Лудия шапкар. Ако ви липсват много страници, вероятно дори не можете да разберете каква е била историята в началото. Алиса? Коя е тази? И защо е висока 3 метра?

Това е проблемът при работата с древна ДНК. Дори и да се извлекат малки фрагменти от ДНК, те обикновено и дори със сигурност ще са твърде фрагментирани, за да може да се каже откъде са дошли.

Но при определени обстоятелства фрагментите на ДНК могат да оцелеят дълго време.

Органични слоеве в седиментната скала на нос Копенхаген. Кредит: Kurt H. Kjær

"Времето за оцеляване" на ДНК в околната среда е изключително променливо и силно зависи от самата среда", отбелязва Майкъл Кнап (Michael Knapp), еколог и генетик от Университета Отаго в Нова Зеландия.

Преди това най-старата ДНК, която някога е била възстановявана, е от останки на мамут, открити в сибирската вечна замръзналост. В статия в списание Nature през 2021 г. изследователите показват, че ДНК от зъбите на мамутите е потенциално на около 1,6 милиона години. Възстановената ДНК е била раздробена на малки фрагменти, но те не са били разградени дотолкова, че да не могат да бъдат сглобени отново. Ниската температура на вечната замръзналост със сигурност е помогнала за това.

Подобна е историята и в новото изследване.

Вилерслев и неговите сътрудници предполагат, че дългото време на оцеляване на ДНК в техните седиментни ядра е било възможно по две причини. Първата е постоянната ниска температура на полярната пустиня. Втората е начинът, по който ДНК е свързана с минералите в ядрата, което предотвратява разграждането ѝ за по-дълъг период от време. Идеята е, че тези минерални повърхности пречат на ензимите да разграждат ДНК.

Карина Санд (Karina Sand), геохимик от Университета в Копенхаген и съавтор на статията, обяснява, че един от технологичните скокове, които са позволили този подвиг, е извличането на ДНК от глинести и кварцови минерали. Последните предоставят изобилие от ДНК, но от първите е по-трудно да се извлече добра ДНК. За щастие, това оставя отворена вратата за още по-старо извличане на ДНК.

"Ако успеем да се справим по-добре с извличането на ДНК от глинените минерали, тогава смятаме, че можем да отидем още по-назад във времето с ДНК", отбелязва Санд.

Изследователският екип успява да извлече ДНК от седиментните ядра и да започне да разчита оцелелите фрагменти. След това тези фрагменти са сравнени с база данни от геноми (пълни ДНК последователности) на съвременни растения и животни, като се търсят ДНК съвпадения. С течение на времето те успяват да запълнят празните страници на историята, демонстрирайки процъфтяващата екосистема на древна Гренландия.

Древната гора на Гренландия

Преди два милиона години Гренландия е била различно място.

"Екосистемата на Кап Кьобенхавн, която няма съвременен еквивалент, е съществувала при значително по-високи температури от тези, които имаме днес", отбелязва Микел Педерсон (Mikkel Pederson), генетик в Геогенетичния център на фондация "Лундбек", в съобщение за пресата.

В епохите на късния плиоцен и ранния плейстоцен преди 3,6 до 0,8 милиона години климатът е бил подобен на този, който се прогнозира при бъдещо затопляне. Палеоклиматичните записи показват значително затопляне на полюсите със средни годишни температури с 11-19°C над съвременните стойности. Предишни проучвания в Кап Кьобенхавн показват доказателства, че там е имало иглолистни гори, но извлечената и анализирана в новото проучване еДНК дава цялостна нова представа за района, като добавя мегафауна и голямо разнообразие от растителни видове.

Основната ДНК на бозайник, открита в ядрата, несъмнено е на мастодонт, който се радва на популярност благодарение на социалните медии. Част от намерената еДНК съответства на семейство Elephantidae, което включва слонове, мамути и мастодонти. Изглежда, че мастодонтите може да са бродили из Гренландия преди 2 милиона години, въпреки че изследователите отбелязват, че доказателствата не са изключително силни и се основават на сравнително слаби ДНК съвпадения.

Екипът открива и ДНК, свързана със северни елени и зайци, както и с подсемейство животни, включващо леминги, полевки и ондатри. Забелязва се обаче, че липсва ДНК от месоядни животни. Изследователите предполагат, че това се дължи на сравнително малката им биомаса в сравнение с тревопасните животни. "Всъщност това е игра на числа", коментира Вилерслев.

Една от най-интригуващите ДНК находки е на атлантическия мечоопашат рак (подковообразен рак или ксифозура (Limulus polyphemus)). Видът вече не се среща на такива северни ширини и авторите предполагат, че това може да означава, че в Кап Кьобенхавн е имало по-топли температури на морската повърхност преди 2 милиона години. Предишни изследвания предполагат, че морската повърхност е била по-топла на по-високи географски ширини, а откриването на ДНК на мечоопашатия рак дава допълнителна подкрепа на тази хипотеза.

Открити са и доказателства за растения като бреза и топола, както и редица микроорганизми.

Един от малкото бозайници, живеещи в Кап Копенхаген днес, е мускусният бик. Кредит: Nicolaj K. Larsen

По-високите температури са от ключово значение. Множество автори на статията отново подчертават важността на разбирането на подобна екосистема, като се имат предвид последиците от глобалното затопляне. Преди два милиона години климатът се е променял и еДНК показва, че арктическите видове са живели с видове, които са обичали много по-топъл климат. Това помага на учените да разберат как природата се е адаптирала към тези промени и в ДНК подписите може да има ключове към начините, по които бихме могли да помогнем на съвременната фауна и флора да оцелеят при екстремни климатични колебания.

Едно от съществените ограничения на изследването на еДНК е, че учените трябва да правят предположения за видовете, които са живели по онова време. Кнап отбелязва, че близкородствени древни видове могат да дадат ДНК съвпадение, но това е "донякъде неточно" - то дава приблизителна представа за това какво е съществувало. Може да сме в състояние да присвоим ДНК само на ниво семейство или разред, така че не можем да знаем какво точно е бродило в тайгата на Гренландия преди 2 милиона години.

Дори и така, възстановяването на толкова стара ДНК отваря нов прозорец към праисторическата Земя, път за учените и изследователите да изследват екосистемите, съществували много преди появата на хората. Екипът ще се отправи към Северна Канада, за да извлече ядра през следващата година, и се надява да се върне още по-назад във времето.

Методът на извличане може дори да се използва за намиране на ДНК в по-влажен климат по света, като например в Африка и Австралия.

"Ако успеем да започнем да изследваме древна ДНК в глинени зърна от Африка, може би ще успеем да съберем новаторска информация за произхода на много различни видове - може би дори нови знания за първите хора и техните предци", заявява Вилерслев в изявление.

"Възможностите са безкрайни."

Справка: 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). DOI: 10.1038/s41586-022-05453-y

Източник:

2 Million-Year-Old DNA, the Oldest Ever Recovered, Opens Window to the Past, CNET

Discovery of two-million-year-old DNA opens a game-changing new chapter, ТechЕxplorist


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.