科学家从古代DNA中重建了一个有200万年历史“繁荣”的生态系统


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科学家从古代DNA中重建了一个有200万年历史“繁荣”的生态系统


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科学家从古代DNA中重建了一个有200万年历史“繁荣”的生态系统


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这种遗传物质比之前的纪录保持者还要早100万年 。

上图:200万年前Kap K?benhavn环境的复原图 。
一组科学家对格陵兰岛最北端的永冻土中发现的迄今最古老的DNA进行了测序 。 这种DNA已经有200万年的历史了 , 比之前最古老的DNA记录还要早100万年 。
这种遗传物质来自41个沉积物样本 , 这些样本来自于格陵兰北部地区皮里地(Peary Land)的 Kap K?benhavn 地层 。 今天 , 这里是一片覆盖着沙丘的极地沙漠 , 除了麝香和地衣 , 几乎没有其他生物居住 , 但在遥远的过去 , 这里是一片温带森林 。 根据研究小组的分析 , 它寄宿了一群野兽 , 其中包括(令所有人都惊讶的)乳齿象 , 而以前人们并不认为乳齿象能在这么远的北方生活 。

上图:今天的 Kap K?benhavn 极地沙漠景观 。
剑桥大学进化遗传学家、该研究的合著者埃斯克·威勒斯列夫(Eske Willerslev)在本周举行的新闻发布会上说:“当我们恢复DNA时 , 一个非常非常不同的生态系统出现了 , 这非常令人兴奋 。 ”
之前已知的最古老 DNA 的记录来自于弗兰格尔岛的百万年前的猛犸象牙齿 , 在那里 , 长毛长鼻动物一直都存在 , 直到大约4000年前才灭绝 。 新的记录保持者不是来自一种动物 , 它突出了上新世过渡到更新世后不久生活在格陵兰岛的整个生物生态系统 。 该团队的研究发表在今天的《自然》杂志上 。
这些样本代表了所谓的环境DNA , 这意味着它们来自环境样本(在这种情况下是冰冻沉积物) , 而不是从某种古代生物的骨骼或牙齿中提取 。 环境DNA(简称eDNA)包含了环境中许多生物的遗传物质 , 这些生物会掉头发、流鼻涕 , 还会排泄出它们存在于某一地区的证据 。

上图:Kap K?benhavn沉积岩中的有机层 。
eDNA(无论是古代的还是当代的)为研究人员提供了一个完整的有机场景 , 其中包括从鸟类、昆虫到真菌的一切 。 它可以揭示古代动物的存在 , 而不需要依赖化石证据 。 在古生物学之外 , eDNA尤其适用于追踪濒危动物 , 或难以在其环境中发现的动物 , 如小龙虾和袋鼬 。
但DNA是一个变化无常的分子 。 它携带着决定形态、行为和物种关系的遗传信息 , 但这些敏感信息只会在环境允许的时间内存在 。 一般来说 , 你更有可能在干燥、寒冷的地区找到保存下来的DNA , 而不是在潮湿、温暖的地区 。
数百万年前 , 格陵兰岛的北端就像这个国家的名字那样郁郁葱葱、生机勃勃 。 但它还在冷却过程中 。 在某个时刻 , 沿海森林的土壤被冲进了河口 , 并在那里定居 。 土壤中的DNA吸附在粘土和石英矿物上 , 可能有助于有机分子的保存 。
在经历了200万年的气候和地质变化之后 , 一个科学家团队成功地绘制出了古老森林环境的细节 , 就像保存在瓶子里的信息一样 。

上图:研究共同作者埃斯克·威勒斯列夫和库尔特·H·凯尔揭示了新的沉积层 。
埃斯克·威勒斯列夫:“人们从微化石中知道那里曾经有树木(那里有某种森林) , 但DNA使我们能够识别出更多的分类群 。 ”他指出 , 乳齿象的出现“令人非常兴奋” 。
Kap K?benhavn 是一个荒凉的景观 , 但其远古历史的证据仍然存在 , 超出了遗传水平 。 干枯的树枝是格陵兰古老森林的标志 , 融化的永久冻土偶尔会释放出200万年前的苔藓 。
【科学家从古代DNA中重建了一个有200万年历史“繁荣”的生态系统】哥本哈根大学(University of Copenhagen)地质学家库尔特·H·凯尔(Kurt H. Kj?r)表示:“这些古老的DNA样本被发现深埋在沉积了2万多年的沉积物中 。 沉积物最终保存在冰或永久冻土中 , 最重要的是 , 200万年以来没有受到人类的干扰 。 ”
研究人员花了16年时间收集并最终分析古环境的eDNA , 这些eDNA来自于2006年、2012年和2016年在 Kap K?benhavn 的5个地点采集的41个沉积物样本 。
然后 , 科学家们将他们样本中的eDNA序列与数据库中的参考基因组进行了比较 , 以了解那里生活着什么动物和植物 。

上图:今天生活在 Kap K?benhavn 的少数哺乳动物之一是麝香牛 。

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