DNA tertua yang diketahui memberikan gambaran sekilas tentang Arktik yang subur

Di permafrost di tepi utara Greenland, para ilmuwan telah menemukan fragmen DNA tertua yang diketahui, memberikan wawasan yang tidak biasa ke dalam ekosistem kuno yang tidak biasa.

Itu Materi genetik berasal dari setidaknya 2 juta tahun – hampir dua kali usia DNA Siberia besar yang dibawa rekor sebelumnya. sampel, dijelaskan dilaporkan Rabu di Alam, itu berasal dari lebih dari 135 spesies berbeda.

Bersama-sama, mereka menunjukkan bahwa area yang hanya berjarak 600 mil dari Kutub Utara pernah tertutup hutan pohon poplar dan birch dan dihuni oleh mastodon. Hutan juga merupakan rumah bagi karibu dan kelinci Arktik. Dan perairan pantai yang hangat dipenuhi kepiting tapal kuda, spesies yang saat ini tidak dapat ditemukan lebih jauh ke utara di Maine.

Pakar independen memuji penelitian ini sebagai kemajuan besar.

“Sungguh ajaib untuk dapat menyimpulkan gambaran lengkap ekosistem purba dari fragmen kecil DNA yang diawetkan,” kata Beth Shapiro, ahli paleoantropologi di University of California, Santa Cruz.

“Saya pikir itu akan mengejutkan orang,” kata Andrew Christ, seorang ahli geologi Universitas Vermont yang mempelajari Arktik kuno. “Itu pasti berhasil untukku.”

Penemuan itu muncul setelah dua dekade pertaruhan ilmiah dan kemunduran yang membuat frustrasi.

Salah satu pemimpin proyek, Eske Willerslev, menemukan cara untuk menarik DNA dari sedimen saat dia menjadi mahasiswa pascasarjana di Universitas Kopenhagen. Pada tahun 2003, dia dan rekan-rekannya mempelajari bagian permafrost di Siberia, dan menemukan DNA darinya tanaman Seperti pohon willow dan aster sejak 400.000 tahun yang lalu.

Penemuan ini memecahkan rekor DNA tertua, dan banyak ilmuwan meragukan bahwa sesuatu yang jauh lebih tua dapat ditemukan. Namun pada tahun 2006, Dr. Willerslev dan Kurt Kjaer, seorang ahli geologi di Universitas Kopenhagen, mencoba menentang kemungkinan di Greenland utara. Mereka berjalan ke formasi geologis yang disebut Kappenhaven, sebuah punggungan gundul yang sepi seperti permukaan bulan. Sebelumnya, para ilmuwan menemukan fosil tumbuhan yang diperkirakan berumur 2,4 juta tahun. Menemukan DNA dalam sedimen itu luar biasa.

“Jika Anda ingin memajukan sesuatu, Anda perlu melakukan beberapa lompatan,” kata Dr. Kjaer.

Para peneliti menggali permafrost dan membawanya kembali ke Kopenhagen untuk mencari DNA. Mereka gagal menemukannya.

Di tahun-tahun berikutnya, Dr. Willerslev dan rekan-rekannya lebih sukses ketika mereka memeriksa sedimen dan tulang yang lebih kecil dari belahan dunia lain. Temukan Kekayaan DNA manusia purba Bantu kami membentuk kembali pemahaman kami tentang sejarah spesies kami.

Sepanjang jalan, para peneliti telah memodifikasi metode mereka untuk mengekstraksi DNA dari sampel kuno dan memperbarui mesin yang mereka gunakan untuk mengurutkannya. Saat mereka menjadi lebih baik dalam berburu gen, mereka akan mengambil lebih banyak spesimen Cape Copenhaven untuk bidikan lain.

Tapi selama bertahun-tahun mereka gagal lagi dan lagi. Dari waktu ke waktu mereka diganggu oleh apa yang tampak seperti fragmen DNA pendek, yang disebut bacaan. Para peneliti tidak dapat mengesampingkan kemungkinan bahwa fragmen kecil DNA di Greenland, atau bahkan di lab mereka, telah mengkontaminasi bacaan tersebut.

Akhirnya, setelah pembaruan besar dalam teknologi mereka, mereka menemukan DNA dalam sampel pada tahun 2017. Permafrost ternyata sarat dengan materi genetik. Tak lama kemudian mereka telah mengumpulkan jutaan fragmen DNA.

“Itu adalah terobosan,” kata Dr. Willerslev. “Itu berubah dari tidak ada atau sangat sedikit yang Anda tidak tahu itu nyata, tiba-tiba: itu ada di sana.”

Para peneliti memberi label fragmen dengan urutan DNA spesies hidup untuk melihat di mana mereka berada di pohon evolusi. Mereka menemukan 102 jenis tumbuhan berbeda – termasuk 78 yang sebelumnya dikenali dari fosil dan 24 spesies baru. DNA tumbuhan melukiskan gambaran hutan yang didominasi pohon poplar dan pohon birch.

Urutan lain berasal dari hewan liar, termasuk karibu, kelinci, industri, angsa, lemming, dan semut. Para peneliti juga menemukan spesies laut, seperti kepiting tapal kuda, karang, dan alga.

“Itu telah menggantikan semua yang kita bayangkan,” kata Dr. Kjaer.

Para peneliti juga mencari permafrost untuk petunjuk baru tentang usia fosil. Mereka menemukan lapisan dalam sedimen di mana mineral mengungkapkan bahwa medan magnet bumi telah terbalik. Usia pantulan itu membantu para peneliti menentukan bahwa Cap Copenhaven setidaknya berusia 2 juta tahun, tetapi mereka tidak dapat menetapkan batas atas yang jelas. “Perasaan saya sebagai seorang ahli geologi adalah dia lebih tua,” kata Dr. Kjaer.

Para peneliti mengesampingkan kemungkinan bahwa DNA tersebut berasal dari spesies yang lebih muda yang mengkontaminasi permafrost yang lebih tua. DNA pohon birch Cap Copenhaven tidak memiliki banyak mutasi yang dimiliki spesies hidup, yang menunjukkan bahwa mereka kuno. DNA dari Kap Kobenhavn juga memiliki pola kerusakan berbeda yang hanya terjadi ketika partikel telah ada di sedimen selama periode waktu geologis.

“Ini benar-benar membantu menunjukkan bahwa ini memang DNA purba,” kata Tyler Murchie, seorang peneliti postdoctoral di McMaster University yang tidak terlibat dalam studi baru tersebut.

Para peneliti terkejut dengan beberapa spesies yang mereka temukan. Hari ini, karibu hidup di Greenland, seperti yang mereka lakukan di sebagian besar Kutub Utara. Namun sejauh ini, catatan fosil mereka menunjukkan bahwa mereka berevolusi satu juta tahun yang lalu. DNA mereka sekarang menggandakan sejarah evolusi mereka.

Love Dalen, ahli paleontologi dari Universitas Stockholm yang tahun lalu menggali DNA megalitik berusia 1,2 juta tahun di Siberia, heran bahwa mastodon telah muncul di Greenland. “Apa yang mereka lakukan di sana?” Diminta.

Dalen mencatat bahwa fosil mastodon berusia 75.000 tahun yang paling awal diketahui berada di Nova Scotia — jauh lebih muda dari DNA Greenland, dan jauh lebih jauh ke selatan daripada Cape Copenhaven. Dia berkata, “Kamu tidak bisa pergi ke utara di darat.”

Peneliti Denmark menentukan bahwa mastodon Greenland dua juta tahun yang lalu termasuk dalam cabang pohon keluarga mastodon yang sebelumnya tidak diketahui. “Itu bisa berarti bahwa mereka adalah nenek moyang mastodon Pleistosen akhir yang kita ketahui, atau mereka bisa mewakili spesies baru,” kata Dalen.

Secara ekologis, mastodon sangat cocok dengan hutan poplar dan birch di Greenland, seperti halnya di hutan Amerika Utara. Sementara karibu lebih umum di tundra utara, subspesies hidup di hutan Kanada, memberikan petunjuk bagaimana karibu kuno berkembang. Namun keberadaan kepiting tapal kuda di perairan pantai yang dangkal menunjukkan bahwa lautan dan daratan dulunya sangat hangat.

Dr. Willerslev dan rekan-rekannya terus mempelajari DNA untuk mencari petunjuk bagaimana semua spesies ini dapat berkembang ribuan mil di utara Lingkaran Arktik. Misalnya, pohon harus hidup setengah tahun dalam kegelapan. DNA yang diawetkan selama dua juta tahun mungkin menyimpan rahasia adaptasi.

Para ilmuwan juga tertarik pada bagaimana fragmen DNA bertahan begitu lama dan menentang ekspektasi. Penelitian mereka menunjukkan bahwa molekul DNA dapat melekat pada mineral feldspar dan tanah liat, melindunginya dari kerusakan lebih lanjut.

Berdasarkan penemuan ini, para peneliti sedang mengembangkan metode baru yang diharapkan akan memungkinkan mereka menarik lebih banyak DNA dari sedimen purba. Dr. Kjaer dan rekan-rekannya menggali situs berusia empat juta tahun di Kanada dengan harapan memecahkan rekor mereka sendiri.

kata d Dallin, mereka mungkin berhasil. Tetapi kerusakan yang dia dan para peneliti Denmark temukan pada DNA tertua menunjukkan kepadanya bahwa tidak mungkin menemukan materi genetik purba yang lebih tua dari sekitar lima juta tahun. “Ini sama sekali tidak menunjukkan bahwa akan ada DNA dari fosil zaman dinosaurus,” katanya.

Dr. Crist mengatakan menemukan lebih banyak DNA dari tempat-tempat seperti Copenhagen Cape dapat membantu mereka lebih memahami bagaimana perubahan iklim yang disebabkan oleh manusia di Kutub Utara. Dia mengatakan kita tidak boleh berasumsi bahwa kawasan itu akan menyerupai ekosistem lebih jauh ke selatan. Bagaimanapun, ekosistem Cape Copenhaven dua juta tahun lalu tidak ada bandingannya saat ini.

“Hidup akan beradaptasi, tetapi dengan cara yang tidak kita duga,” kata Dr. Christ.