200万年前のDNA、これまでに回収された最古のもので、過去への窓を開く

2006 年には、Eske Willerslev と彼の研究室のメンバーがドリルでグリーンランド北部に足を踏み入れ、Kap København 層から堆積物のコアを抽出しました。 彼らは、200 万年前にこの地域に存在した動植物の絵を描くのに役立つパズルのピースである環境 DNA、または eDNA をコアに探していました。

しかし、長い間、彼らは手ぶらでやって来ました。 ケンブリッジ大学の進化遺伝学者であるウィラーズレフ氏は、火曜日の記者会見で、「DNA抽出または配列決定技術の点で改善が見られるたびに、これらのサンプルを再検討しました.

いずれにせよ、研究者たちは探していたものを手に入れることができませんでした。 不運が続いたため、研究室のメンバーは説明を求めてオカルトに目を向けました。 彼らは自分たちの問題を「Kap København Formation の呪い」と名付けました。

しかし、DNA 抽出と配列決定技術の着実な進歩により、呪いはついに解かれました。

水曜日、チームは 16 年間にわたる古代 DNA の追跡の結果を Nature 誌に発表しました。. 彼らは、2006 年、2012 年、2016 年に Kap København 層から収集され、200 万年間人間に邪魔されなかった 41 の堆積物サンプルから eDNA をシーケンスすることができました。 彼らの分析により、トナカイ、ノウサギ、マストドン、そして多種多様な植物が生い茂る緑豊かな森が、かつては鈍い灰色の極地砂漠にあったことが明らかになりました。

以前に氷のコアから eDNA を回収し、氷河で生き残ることができることを示した先駆的な遺伝学者である Willerslev は、「ブレークスルー」は専門知識、遺伝子配列決定技術の進歩、およびバイオインフォマティクスに依存していると指摘しました。

土の歴史

生命の指示を伝える DNA は、特に頑丈な分子ではありません。 それを繋いでいる結合は弱く、時間の経過とともに崩壊します。

これが、恐竜の化石が豊富にあるにもかかわらず、恐竜の DNA がまったくない理由です。 獣は 6600 万年前に絶滅し、DNA はそれほど長く生き残ることはできませんでした。

DNA が分解されると、かつては長かった一連の情報がバラバラになり、ますます小さな断片になります。 これらのフラグメントを適切な構成に戻すことは、特に環境からの他の多くの DNA と混合されている場合はほとんど不可能になります。

DNA を本のようなものと考えてください。 不思議の国のアリスとしましょう。 全巻持っていれば話は理解できる。 しかし、いくつかのページが欠けていると、白うさぎがどこから来たのか、なぜアリスがマッドハッターとお茶会をすることになったのかがわからないかもしれません. たくさんのページが欠けていると、そもそもストーリーが何だったのかさえ分からなくなるでしょう。 アリス？ あれは誰？ そして、なぜ彼女は10フィートの高さなのですか?

それが古代の DNA を扱う問題です。 DNA の小さな断片を取り出すことはできるかもしれませんが、一般的に断片化されすぎているため、どこから来たのかを特定できません。

しかし、特定の状況下では、DNA 断片は長い間生き残ることができます。

ニュージーランドのオタゴ大学の生態学者で遺伝学者であるマイケル・ナップは、「環境中の DNA の「生存時間」は信じられないほど変化しやすく、環境自体に強く依存しています」と述べています。

これまでに発見された最古の DNA は、シベリアの永久凍土で発見されたマンモスの化石からのものでした。 2021 年の Nature の論文で、研究者はマンモスの歯の DNA が約 160 万年前のものである可能性があることを示しました。 回収されたDNAは小さな断片に分解されていましたが、元に戻すことができないほど分解されていませんでした. 永久凍土の低温がこれを助けたのは確かです。

新しい研究でも同様の話です。

Willerslev と彼の共同研究者は、堆積物コアでの DNA の長い生存期間は 2 つの理由で可能であると仮定しています。 1 つ目は、極地の砂漠の一定の低温です。 2 つ目は、DNA がコア内のミネラルに結合し、より長い時間スケールでの分解を防ぐ方法です。 その考えは、これらのミネラル表面が酵素による DNA の分解を防ぐというものです。

コペンハーゲン大学の地球化学者で論文の共同執筆者であるカリーナ・サンドは、この偉業を可能にした技術的飛躍の 1 つは、粘土と石英鉱物から DNA を抽出したことであると説明しました。 後者は豊富な DNA を提供しましたが、前者は良好な DNA を抽出するのが困難でした。 幸いなことに、これにより、さらに古い DNA 抽出への扉が開かれたままになります。

「粘土鉱物からDNAをうまく抽出できれば、DNAをさらに遡ることができると思います」と彼女は言いました。

研究チームは、堆積物のコアから DNA を抽出し、生き残った断片の読み取りを開始することができました。 次に、これらのフラグメントを現代の動植物のゲノム (完全な DNA 配列) のデータベースと比較し、DNA の一致を探しました。 時が経つにつれて、彼らは歴史の白紙のページを埋めることができ、古代グリーンランドの繁栄した生態系を示しました.

グリーンランドの古代の森

200 万年前、グリーンランドは別の場所でした。

ルンドベック財団地球遺伝学センターの遺伝学者であるミッケル・ペダーソン氏はプレスリリースで、「現在同等のものがないKap København生態系は、今日よりもかなり高い温度で存在していました。

グリーンランド北部では、この時期の平均気温は現在よりも摂氏 11 度 (華氏約 20 度) 以上高かった可能性があります。 Kap København での以前の研究では、そこが北方林の本拠地であったという証拠が示されていましたが、新しい研究で抽出および分析された eDNA は、この地域の完全な再考を提供し、巨大動物や多種多様な植物を追加しています。

コアで発見された哺乳動物の DNA の見出しは、間違いなくマストドンです。 見つかった eDNA の一部は、ゾウ、マンモス、マストドンを含むゾウ科と一致していました。 マストドンは 200 万年前にグリーンランドを歩き回っていた可能性があるようですが、研究者はその証拠はそれほど強力ではなく、比較的弱い DNA 一致に基づいていると指摘しています。

チームはまた、トナカイ、ノウサギ、ウサギ、およびレミング、ハタネズミ、マスクラットを含む動物のサブファミリーに関連する DNA を発見しました。 ただし、肉食動物の DNA は明らかに存在しません。 研究者は、これは草食動物に比べてバイオマスが比較的小さいためだと示唆しています。 「これは基本的に数字のゲームです」と Willerslev 氏は言います。

より興味深い DNA の発見の 1 つは、大西洋カブトガニのものです。 この種はもはやそのような北緯では発見されておらず、著者らは、これは Kap København が 200 万年前により暖かい海面温度を経験したことを意味する可能性があることを示唆しています。 以前の研究は、高緯度ほど海面が暖かいことを示唆していた、そしてカブトガニの DNA の発見は、この仮説をさらに支持します。

より暖かい温度が重要です。 この論文の複数の著者は、地球温暖化の影響を考えると、このような生態系を理解することの重要性を繰り返しています. 200 万年前、気候は変化しており、eDNA は、北極の種がより暖かい気候を好む種と一緒に暮らしていたことを示しています。 これは、科学者が自然がそれらの変化にどのように適応してきたかを理解するのに役立ち、DNA シグネチャの中に、現代の動植物が極端な気候変動を生き残るのを助ける方法の手がかりがあるかもしれません.

eDNA を研究する際の重大な制限の 1 つは、科学者が当時生きていた種の種類について仮定しなければならないことです。 Knapp 氏は、近縁の古代種から DNA の一致が得られる可能性があると指摘していますが、これは「やや不正確」です。 科または目レベルでしか DNA を割り当てることができないため、200 万年前にグリーンランドの北方林を歩き回っていたものを正確に知ることはできません。

それでも、この古い DNA の回収は、先史時代の地球への新しい窓を開き、科学者や研究者が人間が存在するずっと前に存在していた生態系を調査するための道を開きます。 チームは来年、コアを抽出するためにカナダ北部に向かい、さらに時間をさかのぼることを望んでいます。

この抽出方法は、アフリカやオーストラリアなど、世界中の湿度の高い気候で DNA を見つけるのに役立つ可能性さえあります。

「アフリカの粘土粒子に含まれる古代の DNA の調査を開始できれば、多くの異なる種の起源に関する画期的な情報を収集できる可能性があります。おそらく、最初の人間とその祖先に関する新しい知識さえも収集できるでしょう」と Willerslev 氏は述べています。声明。

“可能性は無限大。”