O DNA mais antigo conhecido pinta uma imagem da outrora fértil região do Ártico

No permafrost no extremo norte da Groenlândia, os cientistas descobriram os fragmentos de DNA mais antigos conhecidos, fornecendo uma visão incomum de um ecossistema antigo incomum.

o O material genético remonta a pelo menos 2 milhões de anos – quase o dobro da idade do enorme DNA siberiano que carregava Registro anterior. amostras, descrito relatado quarta-feira na Nature, veio de mais de 135 espécies diferentes.

Juntos, eles mostraram que uma área a apenas 600 milhas do Pólo Norte já foi coberta por uma floresta de choupos e bétulas e habitada por mastodontes. As florestas também abrigavam caribus e lebres árticas. E as águas quentes da costa fervilhavam de caranguejos-ferradura, uma espécie que hoje não pode ser encontrada mais ao norte, no Maine.

Especialistas independentes saudaram o estudo como um grande avanço.

“É quase mágico poder deduzir uma imagem tão completa de um ecossistema antigo a partir de pequenos fragmentos de DNA preservado”, disse Beth Shapiro, paleoantropóloga da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz.

“Acho que vai surpreender as pessoas”, disse Andrew Christ, geólogo da Universidade de Vermont que estuda o antigo Ártico. “Definitivamente serviu para mim.”

A descoberta veio depois de duas décadas de apostas científicas e contratempos frustrantes.

Um dos líderes do projeto, Eske Willerslev, desenvolveu maneiras de extrair DNA de sedimentos quando era estudante de pós-graduação na Universidade de Copenhague. Em 2003, ele e seus colegas estudaram uma seção de permafrost na Sibéria e encontraram DNA de as plantas Como salgueiros e margaridas que datam de 400.000 anos.

Essa descoberta estabeleceu um recorde para o DNA mais antigo, e muitos cientistas duvidaram que algo muito mais antigo pudesse ser encontrado. Mas em 2006, Willerslev e Kurt Kjaer, geólogo da Universidade de Copenhague, tentaram desafiar as probabilidades no norte da Groenlândia. Eles seguiram para uma formação geológica chamada Kappenhaven, uma crista nua tão desolada quanto a superfície da lua. Anteriormente, os cientistas encontraram fósseis de plantas com idade estimada em 2,4 milhões de anos. Encontrar DNA no sedimento foi incrível.

“Se você quer levar as coisas adiante, precisa dar alguns saltos”, disse o Dr. Kjaer.

Os pesquisadores desenterraram o permafrost e o trouxeram de volta a Copenhague para procurar DNA. Eles não conseguem encontrar nenhum.

Nos últimos anos, o Dr. Willerslev e seus colegas tiveram mais sucesso quando examinaram sedimentos e ossos menores de outras partes do mundo. Descobrir Uma riqueza de DNA humano antigo Ajude-nos a reformular nossa compreensão da história de nossa espécie.

Ao longo do caminho, os pesquisadores modificaram seus métodos de extração de DNA de amostras antigas e atualizaram as máquinas usadas para sequenciá-lo. À medida que melhorassem na caça aos genes, levariam mais espécimes do Cabo Copenhaven para outra tentativa.

Mas durante anos eles falharam repetidas vezes. De tempos em tempos, eles eram perturbados pelo que pareciam ser pequenos fragmentos de DNA, chamados reads. Os pesquisadores não puderam descartar a possibilidade de que pequenos fragmentos de DNA na Groenlândia, ou mesmo em seu laboratório, tenham contaminado as leituras.

Finalmente, após uma grande atualização em sua tecnologia, eles encontraram DNA nas amostras em 2017. O permafrost revelou-se carregado de material genético. Em pouco tempo, eles coletaram milhões de fragmentos de DNA.

“Foi um avanço”, disse o Dr. Willerslev. “Foi do nada ou muito pouco que você não sabe que é real, para de repente: está lá.”

Os pesquisadores rotularam os fragmentos com as sequências de DNA de espécies vivas para ver onde eles pertencem na árvore evolutiva. Eles encontraram 102 tipos diferentes de plantas – incluindo 78 previamente reconhecidas a partir de fósseis e 24 novas espécies. O DNA vegetal pintou um quadro de florestas dominadas por choupos e bétulas.

Outras sequências vêm de animais selvagens, incluindo caribus, lebres, industriais, gansos, lemingues e formigas. Os pesquisadores também encontraram espécies marinhas, como caranguejos-ferradura, corais e algas.

“Ele substituiu tudo o que imaginávamos”, disse o Dr. Kjaer.

Os pesquisadores também procuraram no permafrost novas pistas sobre a idade dos fósseis. Eles encontraram camadas nos sedimentos nas quais os minerais revelaram que o campo magnético da Terra havia mudado. A idade dessas reflexões ajudou os pesquisadores a determinar que Cap Copenhaven tem pelo menos 2 milhões de anos, mas eles não conseguiram estabelecer um limite superior claro. “Meu pressentimento como geólogo é que ele é mais velho”, disse o Dr. Kjaer.

Os pesquisadores descartaram a possibilidade de que o DNA viesse de espécies mais jovens contaminando o permafrost mais antigo. O DNA das bétulas de Cap Copenhaven carecia de muitas das mutações que as espécies vivas possuem, indicando que elas eram antigas. O DNA de Kap Kobenhavn também tinha um padrão distinto de dano que só ocorre quando as partículas estão presentes nos sedimentos por períodos geológicos de tempo.

“Isso realmente ajuda a mostrar que este é de fato DNA antigo”, disse Tyler Murchie, pesquisador de pós-doutorado da McMaster University, que não esteve envolvido no novo estudo.

Os pesquisadores ficaram surpresos com algumas das espécies que encontraram. Hoje, os caribus vivem na Groenlândia, assim como na maior parte do Ártico. Mas até agora, seu registro fóssil indica que eles evoluíram há um milhão de anos. Seu DNA agora duplica sua história evolutiva.

Love Dalen, um paleontólogo da Universidade de Estocolmo que no ano passado desenterrou o DNA megalítico de 1,2 milhão de anos na Sibéria, está surpreso com o aparecimento de mastodontes na Groenlândia. “O que diabos eles estão fazendo lá?” Perguntou.

Dalen observou que os primeiros fósseis de mastodonte de 75.000 anos de idade estão na Nova Escócia – muito mais jovens que o DNA da Groenlândia e muito mais ao sul do que Cape Copenhaven. Ele disse: “Você não pode ir para o norte por terra.”

Pesquisadores dinamarqueses determinaram que os mastodontes da Groenlândia há dois milhões de anos pertenciam a um ramo profundo e desconhecido da árvore genealógica dos mastodontes. “Isso pode significar que eles são os ancestrais dos mastodontes do final do Pleistoceno que conhecemos, ou podem representar uma nova espécie”, disse Dalen.

Ecologicamente, os mastodontes se adaptam bem às florestas de choupos e bétulas da Groenlândia, assim como nas florestas da América do Norte. Enquanto o caribu é mais comum na tundra do norte, uma subespécie vive nas florestas canadenses, fornecendo pistas de como o antigo caribu prosperou. Mas a presença de caranguejos-ferradura em águas costeiras rasas indica que os oceanos e a terra já foram notavelmente quentes.

Dr. Willerslev e seus colegas continuam a estudar o DNA em busca de pistas de como todas essas espécies foram capazes de prosperar mil milhas ao norte do Círculo Polar Ártico. Por exemplo, as árvores tinham que viver meio ano no escuro. O DNA preservado por dois milhões de anos pode conter os segredos da adaptação.

Os cientistas também estão interessados ​​em saber como os fragmentos de DNA conseguem sobreviver por tanto tempo e desafiar as expectativas. Sua pesquisa indica que as moléculas de DNA podem se agarrar aos minerais de feldspato e argila, protegendo-os de danos adicionais.

Com base nessa descoberta, os pesquisadores estão desenvolvendo novos métodos que, esperam, lhes permitirão extrair mais DNA dos antigos sedimentos. Dr. Kjaer e seus colegas estão escavando sítios de quatro milhões de anos no Canadá na esperança de quebrar seu próprio recorde.

d disse Dallin, eles podem ter sucesso. Mas o dano que ele e os pesquisadores dinamarqueses encontraram no DNA mais antigo sugere a ele que seria impossível encontrar material genético antigo com mais de cinco milhões de anos. “Isso de forma alguma indica que haverá qualquer DNA de fósseis da era dos dinossauros”, disse ele.

Dr. Crist disse que encontrar mais DNA de lugares como Copenhagen Cape poderia ajudá-los a entender melhor como a mudança climática causada pelo homem está no Ártico. Ele disse que não devemos presumir que a região se assemelhará a ecossistemas mais ao sul. Afinal, o ecossistema do Cabo Copenhaven há dois milhões de anos não tem igual hoje.

“A vida se adaptará, mas de maneiras que não esperamos”, disse o Dr. Christ.