Arktída kedysi prekypovala životom. Prelomové zistenia z milióny rokov starej DNA

V permafroste na severnom okraji Grónska vedci objavili najstaršie známe fragmenty DNA, ktoré ponúkajú výnimočný pohľad na neobyčajný dávny ekosystém.

Genetický materiál je starý najmenej dva milióny rokov, čo je takmer dvakrát viac ako DNA mamuta zo Sibíri, ktorý držal predchádzajúci rekord. Vzorky popísané v stredu v časopise Nature pochádzajú z viac ako 135 rôznych druhov.

Spoločne dokazujú, že oblasť vzdialenú len 600 míľ od severného pólu kedysi pokrýval les topoľov a briez, v ktorom žili mastodonti. V lesoch žili aj karibu a arktické zajace. A teplé pobrežné vody boli plné ostrochvostov, druhov, ktoré dnes nenájdeme severnejšie od Maine.

Nezávislí odborníci túto štúdiu označili za významný pokrok.

„Je to takmer magický pocit, keď dokážeme z malých fragmentov zachovanej DNA odvodiť taký kompletný obraz dávneho ekosystému,“ povedala Beth Shapiro, paleogenetička z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz.

„Myslím, že to ľuďom vyrazí dych,“ povedal Andrew Christ, geológ z Vermontskej univerzity, ktorý sa zaoberá starovekou Arktídou. „Mňa to určite prekvapilo.“

Tento objav prišiel po dvoch desaťročiach vedeckých pokusov a frustrujúcich neúspechov.

Jeden z vedúcich projektu, Eske Willerslev, bol priekopníkom v metódach získavania DNA zo sedimentovako postgraduálny študent na Kodanskej univerzite. V roku 2003 pri skúmaní kúska sibírskeho permafrostu našiel spolu s kolegami DNA rastlín, ako sú vŕby a sedmokrásky, starú 400 000 rokov.

Tento objav stanovil rekord v najstaršej DNA a mnohí vedci pochybovali, že by bolo možné nájsť niečo oveľa staršie. V roku 2006 sa však Dr. Willerslev a Kurt Kjaer, geológ z Kodanskej univerzity, pokúsili vzdorovať nepriazni osudu v severnom Grónsku. Dostali sa ku geologickému útvaru s názvom Kap København, sérii holých kopcov pustých ako mesačná krajina. Predtým tam vedci našli skameneliny rastlín, ktorých vek odhadli na 2,4 milióna rokov. Nález DNA v sedimentoch by bol ohromujúci.

„Ak chcete veci posunúť dopredu, musíte urobiť zopár riskantných skokov,“ povedal Dr. Kjaer.

Vedci vykopali permafrost a priniesli ho do Kodane, aby v ňom hľadali DNA. Nenašli žiadnu.

V neskorších rokoch mali Dr. Willerslev a jeho kolegovia viac úspechov, keď skúmali mladšie sedimenty a kosti z iných častí sveta. Objavili množstvo starovekej ľudskej DNA, ktorá pomohla zmeniť naše chápanie histórie nášho druhu.

Výskumníci postupne zdokonaľovali svoje metódy extrakcie DNA zo starovekých vzoriek a vylepšovali stroje, ktoré používali na jej sekvenovanie. Keď sa v hľadaní génov zlepšili, vybrali viac vzoriek z Kap Københavnu na ďalší pokus.

Roky sa im to však opakovane nedarilo. Z času na čas sa im podarilo nájsť niečo, čo vyzeralo ako krátke kúsky DNA, ktoré sa nazývajú „čítania“ (reads). Výskumníci nemohli vylúčiť, že kúsky mladej DNA v Grónsku, alebo dokonca v ich laboratóriu, kontaminovali tieto čítania.

Nakoniec, po zásadnej modernizácii svojej technológie, našli v roku 2017 vo vzorkách DNA. Ukázalo sa, že permafrost je nabitý genetickým materiálom. Zakrátko zozbierali milióny fragmentov DNA.

„Bol to prelom,“ povedal Dr. Willerslev. „Z ničoho alebo z veľmi malého množstva, o ktorom neviete, že je skutočné, sa zrazu stalo: Je to tu.“

Výskumníci porovnali fragmenty so sekvenciami DNA žijúcich druhov, aby zistili, kam patria v evolučnom strome. Našli 102 rôznych druhov rastlín – vrátane 78, ktoré boli predtým identifikované na základe fosílií, a 24 nových druhov. Rastlinná DNA vytvorila obraz lesov, v ktorých dominovali topole a brezy.

Ďalšie sekvencie pochádzajú od suchozemských zvierat vrátane karibu, zajacov, mastodontov, husí, lumíkov a mravcov. Výskumníci našli aj morské druhy, ako sú ostrochvosty, koraly a riasy.

„Prekonalo to všetky naše predstavy,“ povedal Dr. Kjaer.

Vedci hľadali v permafroste aj nové poznatky o veku fosílií. V sedimentoch našli vrstvy, v ktorých minerály odhalili, že magnetické pole Zeme sa obrátilo. Vek týchto obrátení pomohol výskumníkom určiť, že Kap København bol starý najmenej dva milióny rokov, ale nedokázali stanoviť jasnú hornú hranicu. „Môj pocit ako geológa je, že je starší,“ povedal Dr. Kjaer.

Vedci vylúčili možnosť, že by DNA pochádzala z mladších druhov, ktoré kontaminovali starší permafrost. V DNA brezy chýbali mnohé mutácie, ktoré majú živé druhy, čo naznačuje, že boli prastaré. DNA mala navyše výrazný vzor poškodenia, ktorý sa vyskytuje len vtedy, keď molekuly ležia v sedimentoch geologicky dlhý čas.

„To naozaj umožňuje dokázať, že ide o starú DNA,“ povedal Tyler Murchie, postdoktorand na McMasterovej univerzite, ktorý sa na novej štúdii nepodieľal.

Výskumníkov prekvapili niektoré z nájdených druhov. Karibu dnes žijú v Grónsku, rovnako ako vo veľkej časti Arktídy. Ich fosílny záznam však doteraz naznačoval, že sa vyvinuli pred miliónom rokov. Ich DNA teraz zdvojnásobuje ich evolučnú históriu.

Love Dalén, paleogenetik zo Štokholmskej univerzity, ktorý minulý rok objavil na Sibíri mamutiu DNA starú 1,2 milióna rokov, žasol nad tým, že sa mastodonty objavili v Grónsku. „Čo tam, dopekla, robia?“ spýtal sa.

Dr. Dalén poznamenal, že najbližšie známe fosílie mastodontov sú 75 000 rokov staré pozostatky v Novom Škótsku – ktoré sú oveľa mladšie ako grónska DNA a oveľa južnejšie ako Kap København. „Na suchej zemi sa nedá ísť oveľa severnejšie,“ povedal.

Dánski výskumníci zistili, že mastodonti v Grónsku spred dvoch miliónov rokov patrili do hlbokej vetvy mastodontieho rodokmeňa, ktorá bola doteraz neznáma. „To by mohlo znamenať, že sú predkami mastodontov z neskorého pleistocénu, ktoré poznáme, alebo že môžu predstavovať nový druh,“ povedal Dr. Dalén.

Z ekologického hľadiska by mastodonty dobre zapadli do topoľovo-brestového lesa v Grónsku rovnako ako do severoamerických lesov. Hoci sa karibu najčastejšie vyskytujú v severných tundrách, jeden poddruh žije v kanadských lesoch, čo ponúka indície o tom, ako sa starovekým karibu mohlo dariť. Prítomnosť ostrochvostov v plytkých pobrežných vodách však naznačuje, že oceán aj pevnina boli mimoriadne teplé.

Dr. Willerslev a jeho kolegovia pokračujú v skúmaní DNA, aby zistili, ako sa všetkým týmto druhom darilo tisíc kilometrov severne od polárneho kruhu. Stromy napríklad museli prežiť polovicu roka v tme. DNA zachovaná dva milióny rokov môže ukrývať tajomstvo ich adaptácie.

Vedcov zaujíma, ako sa fragmentom DNA podarilo prežiť tak dlho navzdory očakávaniam. Ich výskum naznačuje, že molekuly DNA sa môžu prichytiť na minerály živca a ílu, ktoré ich chránia pred ďalším poškodením.

Na základe tohto objavu vedci vyvíjajú nové metódy, ktoré im, ako dúfajú, umožnia získať ešte viac DNA z dávnych sedimentov. Dr. Kjaer a jeho kolegovia skúmajú štyri milióny rokov staré lokality v Kanade s nádejou, že prekonajú svoj vlastný rekord.

Dr. Dalén povedal, že by sa im to mohlo podariť. Poškodenia, ktoré on aj dánski výskumníci nachádzajú v najstaršej DNA, mu však naznačujú, že nebude možné nájsť starobylý genetický materiál starší ako približne päť miliónov rokov. „V žiadnom prípade to nenaznačuje, že z fosílií starých ako dinosaury bude vychádzať nejaká DNA,“ povedal.

Dr. Christ povedal, že nájdenie ďalšej DNA im môže pomôcť lepšie pochopiť, ako klimatické zmeny spôsobené človekom zmenia Arktídu. Podľa jeho slov by sme nemali predpokladať, že sa tento región bude podobať ekosystémom na miestach južnejšie od nás. Koniec koncov, ekosystém Kap Københavnu spred dvoch miliónov rokov nemá dnes obdobu.

„Život sa prispôsobí, ale spôsobom, ktorý neočakávame,“ povedal Dr. Christ.

Článok pôvodne vyšiel v denníku New York Times. Všetky práva vyhradené.