有史以来发现的最古老的DNA揭示了格陵兰岛一个非凡的两百万年历史的生态系统，包括一个不太可能的探索者：乳齿象的存在。
在格陵兰岛最北端的皮里地地区沉积物中发现的DNA，揭示了地球历史上一个温暖时期生命的样子。这片如今严酷的极地沙漠景观，曾经是树木、驯鹿和乳齿象的家园。一些在那里繁衍生息的动植物现在在北极环境中可以找到，而另一些现在只在更温带的北方森林中才能找到。“我们看到的是一个与现代环境截然不同的生态系统，” 剑桥大学的进化遗传学家、该研究的资深作者 Eske Willerslev 说，该研究发表在《自然》杂志上。
到目前为止，发现的最古老的DNA来自一块百万年前的猛犸象牙齿。在环境中发现的最古老的DNA——而不是在化石标本中——也是一百万年前的，来自南极洲的海洋沉积物。新分析的古代DNA来自皮里地一个名为卡普哥本哈根的富含化石的地层，该地层保存了来自陆地和浅海河口两侧的沉积物。地质学家此前已将该地层的年代确定为大约两百万年前，它已经产出大量植物和昆虫化石，但几乎没有哺乳动物的迹象。DNA分析现在揭示了102个不同的植物属，包括24个从未在该地层中发现化石化的植物属，以及9种动物，包括鲎、野兔、鹅和乳齿象。“这太令人震惊了，” Willerslev 说，因为没有人认为乳齿象的活动范围如此靠北。
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“它描绘了这个生态系统中存在的一切，这真是令人难以置信，” 佛蒙特大学冈德环境研究所的博士后研究员 Drew Christ 说，他研究地球极地地区的历史，但没有参与这项研究。
研究人员使用分离的DNA片段重建了古代皮里地。每次树叶掉落，或者人脱落一点皮肤，或者兔子死亡并在草地上分解时，DNA片段都会进入环境。 大部分这些片段，被称为环境DNA (eDNA)，会迅速降解。 但在正确的化学条件下，DNA分子可以与沉积物结合。哥本哈根大学地球研究所的分子地质生物学家、该研究的共同作者 Karina Sand 说，这可以保护它们不被酶侵蚀。
沿海沉积物中有机物的特写。有机层显示了在两百万年前生活在格陵兰岛北部卡普哥本哈根的丰富植物区系和昆虫动物区系的痕迹。图片来源：Kurt H. Kjær 教授
研究人员于 2006 年开始从皮里地收集沉积物，但技术发展到足以实现他们的目标却花费了数年时间。“每次我们在 DNA 提取和测序技术方面取得进步时，我们都会尝试重新分析这些样本——但我们失败了，一次又一次地失败了，” Willerslev 说。多年来，该团队一直无法从样本中提取可用的 DNA。
最终，在几年前，研究人员终于成功提取了严重受损的 DNA。然后他们能够将 DNA 片段与现代物种的基因组进行比较。序列的相似性表明，留下 DNA 的某些物种是现代物种的祖先。
Willerslev 说，两百万年前，卡普哥本哈根的所在地本应是森林茂密的海岸线，河流在那里流入河口。河流将来自陆地的 DNA 片段带入海洋环境，在那里它们被保存下来。这就是为什么研究人员发现了鲎（一种今天生活在更南方的生物）以及驯鹿的 DNA 的证据。他们还发现了珊瑚、蚂蚁、跳蚤和旅鼠的证据。
主导这片景观的植物包括柳树和桦树，今天在格陵兰岛南部地区可以找到。然而，哥本哈根大学的自然地理学家、该研究的共同作者 Mikkel Pedersen 说，那里也有现在只在更温带的森林中才能找到的树木，例如杨树和雪松。当时的平均气温将比今天高 11 到 19 摄氏度。但格陵兰岛的纬度与现在相同——这意味着这片古老的景观在一年中近一半的时间里都沐浴在 24/7 的黑暗中。 Willerslev 说，植物生命能够在没有阳光的漫长时间里生存下来，这证明了进化适应的力量。
Willerslev 说，两百万年前生活在格陵兰岛的生物群也能够生存下来并产生后代，例如现代驯鹿，它们现在生活在更寒冷的北极条件下。研究这些古代动物的基因序列可能会揭示一些适应性，这些适应性可能有助于北极物种在今天人类引起的气候变化中生存下来。
研究人员不确定环境 DNA 可以在沉积物中保持完整多长时间。 Willerslev 说，即使发现长达四百万年的片段，他也不会感到惊讶。 澳大利亚塔斯马尼亚大学海洋和南极研究所的研究员 Linda Armbrecht 说，地球上可能还有其他地方，古代 DNA 可以帮助揭示生态系统如何随着气候的波动而变化。她领导了在南极沉积物中发现百万年历史 DNA 的研究，但没有参与 Willerslev 及其同事的新论文。*
“我们的研究都曾在寒冷的环境中寻找 DNA：格陵兰岛和南极洲，” Armbrecht 说。“在具有利于 DNA 保存特性的环境和沉积物（例如，低温、特定矿物学）中寻找 DNA 似乎是揭示 DNA 可以保存和检测到多久以前的关键。”
*编者注 (2022/12/7)：此句在发布后经过编辑，以更正 Linda Armbrecht 目前的隶属关系。*