科學家發現迄今最古老DNA揭示格陵蘭島失落的世界

王方

在格陵蘭島冰封的最北端，有著一個名為Kap K?benhavn組的獨特地質結構。這片位于北極圈深處的區域，有著地球上最為寒冷和干燥的環境之一。

然而，在200萬～300萬年前，這里是一個與現在截然不同的地方。那時，夏季和冬季的平均最低氣溫分別為10℃和17℃，比現在的氣溫高出10℃以上。

近40年來，雖然科學家已經對北極地層的地質沉積物進行了深入調查，但由于化石記錄稀少，因此人們對這段時期居住在北極的生物群落知之甚少。

最近，一個由多達40多名科學家組成的國際研究團隊在《自然》雜志發表了一項新的研究。他們報告在對這片沉積物中的黏土和石英樣本進行分析后，提取到了迄今為止最古老的環境DNA（eDNA）。

DNA能存在多久？?

顯然，DNA不會永遠存在。隨著時間的推移，它會穩步衰退，衰減速度取決于周圍的環境。

過去有研究表明，在如深度凍結的永久凍土之類的環境條件下，DNA片段應該能保存超過100萬年。2021年，一個科學家團隊對從西伯利亞發現的3顆埋藏在永久凍土中的猛犸象牙齒進行了DNA分析，發現了長達百萬年之久的古DNA。

Kap K?benhavn組的冰凍沉積物是保存古DNA的理想環境。新研究通過分析來自這片沉積物的樣本，收獲了新的驚喜：他們發現，這些樣本中的DNA可以追溯到200多萬年前，這刷新了之前保持的最古老DNA的紀錄，將時限再次往前推進了100萬年。

研究人員注意到，這些DNA分子通過與黏土顆粒的表面結合，能夠以某種方式免受時間的破壞，使得DNA在沉積物中作為自由分子的存活時間，遠遠長于在它們原本所屬的動物骨骼中。

? 一個已滅絕的生態系統?

在新研究中，研究人員將微小的DNA片段拼湊在一起，再將每一個DNA片段與從現代動物、植物和微生物中收集的大量DNA庫進行了比較。

這是一個非常具有挑戰性的任務。首先，他們需要確定黏土和石英樣本中是否隱藏著DNA。接著，他們需要確定該如何成功地從沉積物中分離出這些DNA以進行檢測。

通過DNA識別和比對，研究人員很快就將一些DNA片段歸類為某些現代物種（如馴鹿、鵝、野兔和旅鼠）的祖先；還有一些則是植物的DNA痕跡，比如樺樹、楊樹，以及藻類和其他微生物。

一個由多達40多名科學家組成的國際研究團隊在《自然》雜志發表了一項新的研究。他們報告在對這片沉積物中的黏土和石英樣本進行分析后，提取到了迄今為止最古老的環境DNA（eDNA）。

但也并非所有DNA片段都能進行物種定位，有的DNA只能在“屬”的層級上進行關聯，還有一部分則是完全無法與任何現代已知物種進行匹配。

有意思的事，他們還發現了一種已滅絕的象類生物的基因痕跡——乳齒象，在此之前，沒有人知道乳齒象曾踏足過格陵蘭島……

最終，研究人員描繪出了一個完全不同于現代世界的生態系統，繪制出了一幅幅在200多萬年前，生活在Kap K?benhavn組的植物、動物和微生物的DNA圖譜。

看到遙遠的過去?

不過，這項研究最令人興奮之處不僅僅是發現了某個物種，而是它讓科學家了解到，這些物種是如何在比現在溫暖得多的史前生態系統中共存的。了解這些信息對我們有著至關重要的意義，它有助于我們了解在變暖時期，生物的多樣性可能受到怎樣的影響，以及氣候變暖又會如何推動生物的進化。

我們知道，所有生物細胞內的DNA都是緩慢突變的，因為環境變化會推動適應和進化發生在代代之間。然而，我們很少有可以直接回到過去觀察以前的DNA分子。

現在，通過這些古老的DNA，科學家終于打開了跨越100萬年歷史的新篇章，首次直接看到了遙遠過去的生態系統的DNA。這意味著，現在科學家們能夠直接深度觀察分子進化的過程，恢復并直接研究形成于200萬年前的動植物體內的分子，不需再局限于現代物種當前的遺傳信息。

◎ 來源|中國科學報