最古老eDNA樣本描繪出曾繁榮的北極生態圈

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【大紀元2022年12月12日訊】(大紀元記者林達編譯報導)儘管其名字意為「綠色的土地」,但格陵蘭島(Greenland)並不是一個綠草青青的地方。然而,在該島荒涼的北部海岸,研究人員拼接出了一個與今天截然不同的古代生態系統,乳齒象(Mastodon)就穿行在茂密的森林之中,而螃蟹則在珊瑚叢中繁衍生息。

格陵蘭島大部分位於北極圈內,面積比墨西哥還大,但人口不到6萬,主要居住在西南沿海一帶。但這並不奇怪,因為格陵蘭島大部分內陸地區終年覆蓋在冰層之下,許多地方因為空氣太乾燥下不了雪。

地質學家和生物學家沒有用化石來描繪這個失落的世界,而是用了另一種畫筆——從這片土地上獲得的240萬年前的DNA。在12月7日發表於《自然》(Nature)雜誌上的一篇論文中,研究人員分析了有史以來最古老的遺傳物質樣本,以了解當地球氣候更加溫暖時格陵蘭島的一個小角落會是什麼樣子。

「它展示了一個生態環境,裡面的生物和今天不同。」丹麥哥本哈根大學和英國劍橋大學的生態學家埃斯克‧威勒斯列夫(Eske Willerslev)說,他也是這項研究的作者之一。

古老的DNA很罕見。雖然科學家通常從生物體上提取它,但這種證據生物死後會迅速消失。當一個有機體還活著時,它會將自己的大部分物質——從頭髮、糞便到死皮以及其它許多東西釋放到周圍環境中。環境碎屑中的DNA可以告訴科學家它來自哪個物種,幾乎就像條形碼一樣。科學家稱這些痕跡被稱為「環境DNA」,簡稱為eDNA。

「這有點像犯罪現場的法醫分析。」沒有參與這項新研究的加拿大圭爾夫大學的生物學家邁赫達‧哈吉巴拜(Mehrdad Hajibabaei)說,「你可用它來識別生活在那個環境中的生物。」

這種做法相對較新,在監測生物多樣性、尋找新物種和追蹤入侵物種方面一直很有效。但這項研究是第一次使用eDNA重建整個史前生態系統。格陵蘭島嚴酷的氣候無疑對保存DNA起到了幫助作用。

在大多數情況下,eDNA會迅速降解,但在適當的條件下,比如,如果保持乾燥、附著在礦物質上、或冷凍起來,那麼它可以存在數千年甚至數百萬年。論文分析中的eDNA來自一個名為Peary Land的地方,這是格陵蘭北極海岸的一個半島,距北極點僅約450英里。

早在2006年,威勒斯列夫和幾位同事就首次挖掘了Peary Land永久凍土的樣本。起初,他們不確定是否能夠找到任何倖存的eDNA。儘管該團隊不斷地像大海撈針那樣嘗試從礦物中提取線索,但無濟於事。

直到後來,合作者之一、地球生物學家卡麗娜莎(Karina Sand)開發出了更好的方法。這使研究人員能夠瞄準粘土和石英塊,令其釋放其中的eDNA,並利用自2006年以來取得長足進步的技術對其進行測序,同時這也能用來研究更小的樣本。

在這篇論文之前,已知最古老的DNA來自保存在西伯利亞冰層中的兩隻猛獁象,估計年齡在120萬到170萬年之間。但威勒斯列夫團隊測得的eDNA要古老得多,大約來自240萬年前。

接下來,他們開始篩選eDNA片段以尋找相匹配的物種。考慮到自更新世(Pleistocene)以來物種發生的變遷,這也不是一件簡單的事情。論文所分析的eDNA與今天的動物甚至化石記錄中的動物都不完全匹配。作為備用方法,科學家們必須確定近親物種,這也令研究者將之前北極地區所未見的一些史前生物追溯到了這個地區。

在eDNA記錄中,研究人員發現了現代大象的近親乳齒象的證據,還發現了一些動物的遺跡,它們與今天的馴鹿、囓齒動物,和鵝有物種上的關聯,以及與螞蟻和跳蚤有關的小蟲子,還發現了海洋生物的遺跡,包括曾經生活在北極水域的珊瑚和圓尾鱟(Horseshoe Crabs,也叫馬蹄蟹)。一些較小的動物今天仍然生活在格陵蘭島,但對於其它生物來說,這裡現在太冷了。事實上,氣候記錄表明,240萬年前,格陵蘭島的溫度比今天高20至34華氏度。

在植物方面,研究人員發現了一種結合楊樹、樺樹等多葉落葉樹和北極灌木的奇怪組合。這是今天地球上並不存在的溫帶和極地植物的組合。

「這是一項非常令人興奮的研究,也是作者的一項傑出成就,它表明該領域在開發新工具來研究古老的環境系統方面取得了很大進展。」澳洲塔斯馬尼亞大學生物學家琳達‧阿姆布雷希特(Linda Armbrecht)說。她不是這篇論文的作者。

「它對我們了解地球在北極這樣的地區曾經與今天有何不同做出了巨大貢獻。」哈吉巴拜說。此外,他補充說,這項研究可以向科學家展示怎樣去探索氣候變化中的生態系統。◇

責任編輯:李穹#

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