有史以來發現的最古老的DNA揭示了格陵蘭島一個非凡的兩百萬年曆史的生態系統，包括一個不太可能的探索者：乳齒象的存在。
在格陵蘭島最北端的皮裡地地區沉積物中發現的DNA，揭示了地球歷史上一個溫暖時期生命的樣子。這片如今嚴酷的極地沙漠景觀，曾經是樹木、馴鹿和乳齒象的家園。一些在那裡繁衍生息的動植物現在在北極環境中可以找到，而另一些現在只在更溫帶的北方森林中才能找到。“我們看到的是一個與現代環境截然不同的生態系統，” 劍橋大學的進化遺傳學家、該研究的資深作者 Eske Willerslev 說，該研究發表在《自然》雜誌上。
到目前為止，發現的最古老的DNA來自一塊百萬年前的猛獁象牙齒。在環境中發現的最古老的DNA——而不是在化石標本中——也是一百萬年前的，來自南極洲的海洋沉積物。新分析的古代DNA來自皮裡地一個名為卡普哥本哈根的富含化石的地層，該地層儲存了來自陸地和淺海河口兩側的沉積物。地質學家此前已將該地層的年代確定為大約兩百萬年前，它已經產出大量植物和昆蟲化石，但幾乎沒有哺乳動物的跡象。DNA分析現在揭示了102個不同的植物屬，包括24個從未在該地層中發現化石化的植物屬，以及9種動物，包括鱟、野兔、鵝和乳齒象。“這太令人震驚了，” Willerslev 說，因為沒有人認為乳齒象的活動範圍如此靠北。
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“它描繪了這個生態系統中存在的一切，這真是令人難以置信，” 佛蒙特大學岡德環境研究所的博士後研究員 Drew Christ 說，他研究地球極地地區的歷史，但沒有參與這項研究。
研究人員使用分離的DNA片段重建了古代皮裡地。每次樹葉掉落，或者人脫落一點皮膚，或者兔子死亡並在草地上分解時，DNA片段都會進入環境。 大部分這些片段，被稱為環境DNA (eDNA)，會迅速降解。 但在正確的化學條件下，DNA分子可以與沉積物結合。哥本哈根大學地球研究所的分子地質生物學家、該研究的共同作者 Karina Sand 說，這可以保護它們不被酶侵蝕。
沿海沉積物中有機物的特寫。有機層顯示了在兩百萬年前生活在格陵蘭島北部卡普哥本哈根的豐富植物區系和昆蟲動物區系的痕跡。圖片來源：Kurt H. Kjær 教授
研究人員於 2006 年開始從皮裡地收集沉積物，但技術發展到足以實現他們的目標卻花費了數年時間。“每次我們在 DNA 提取和測序技術方面取得進步時，我們都會嘗試重新分析這些樣本——但我們失敗了，一次又一次地失敗了，” Willerslev 說。多年來，該團隊一直無法從樣本中提取可用的 DNA。
最終，在幾年前，研究人員終於成功提取了嚴重受損的 DNA。然後他們能夠將 DNA 片段與現代物種的基因組進行比較。序列的相似性表明，留下 DNA 的某些物種是現代物種的祖先。
Willerslev 說，兩百萬年前，卡普哥本哈根的所在地本應是森林茂密的海岸線，河流在那裡流入河口。河流將來自陸地的 DNA 片段帶入海洋環境，在那裡它們被儲存下來。這就是為什麼研究人員發現了鱟（一種今天生活在更南方的生物）以及馴鹿的 DNA 的證據。他們還發現了珊瑚、螞蟻、跳蚤和旅鼠的證據。
主導這片景觀的植物包括柳樹和樺樹，今天在格陵蘭島南部地區可以找到。然而，哥本哈根大學的自然地理學家、該研究的共同作者 Mikkel Pedersen 說，那裡也有現在只在更溫帶的森林中才能找到的樹木，例如楊樹和雪松。當時的平均氣溫將比今天高 11 到 19 攝氏度。但格陵蘭島的緯度與現在相同——這意味著這片古老的景觀在一年中近一半的時間裡都沐浴在 24/7 的黑暗中。 Willerslev 說，植物生命能夠在沒有陽光的漫長時間裡生存下來，這證明了進化適應的力量。
Willerslev 說，兩百萬年前生活在格陵蘭島的生物群也能夠生存下來併產生後代，例如現代馴鹿，它們現在生活在更寒冷的北極條件下。研究這些古代動物的基因序列可能會揭示一些適應性，這些適應性可能有助於北極物種在今天人類引起的氣候變化中生存下來。
研究人員不確定環境 DNA 可以在沉積物中保持完整多長時間。 Willerslev 說，即使發現長達四百萬年的片段，他也不會感到驚訝。 澳大利亞塔斯馬尼亞大學海洋和南極研究所的研究員 Linda Armbrecht 說，地球上可能還有其他地方，古代 DNA 可以幫助揭示生態系統如何隨著氣候的波動而變化。她領導了在南極沉積物中發現百萬年歷史 DNA 的研究，但沒有參與 Willerslev 及其同事的新論文。*
“我們的研究都曾在寒冷的環境中尋找 DNA：格陵蘭島和南極洲，” Armbrecht 說。“在具有利於 DNA 儲存特性的環境和沉積物（例如，低溫、特定礦物學）中尋找 DNA 似乎是揭示 DNA 可以儲存和檢測到多久以前的關鍵。”
*編者注 (2022/12/7)：此句在釋出後經過編輯，以更正 Linda Armbrecht 目前的隸屬關係。*