Het gaat om oeroude microscopische fragmenten van zogenoemd eDNA. En dit nieuw ontdekte DNA blijkt maar liefst één miljoen jaar ouder dan de vorige recordhouder, waardoor we worden getrakteerd op een ongekend kijkje in het verre verleden.
Wanneer DNA is opgeborgen in de celkern, blijft het goed beschermd. Maar zodra het in de vrije omgeving terechtkomt, degradeert DNA normaal gesproken snel. Toch bestaan er uitzonderingen op de regel. Onderzoekers zijn namelijk in Groenland op ’s werelds oudste DNA gestuit. “Het begin van een baanbrekend nieuw hoofdstuk in de geschiedenis van de evolutie,” aldus de onderzoekers.
Oudste DNA
Het nieuw ontdekte DNA blijkt maar liefst twee miljoen jaar oud te zijn. Het gaat om microscopische fragmenten van zogenoemd Environmental DNA (of kortweg eDNA, zie kader). Met behulp van geavanceerde technieken ontdekten onderzoekers vervolgens dat de fragmenten maar liefst een miljoen jaar ouder zijn dan het DNA van een Siberische mammoet, dat voorheen als oudste DNA was aangemerkt. De mammoet blijkt nu echter ruimschoots van de troon gestoten. “Er is eindelijk een nieuw hoofdstuk geopend dat een miljoen jaar extra geschiedenis beslaat,” zegt onderzoeker Eske Willerslev.
Naast het DNA dat in onze cellen zit, bestaat er ook zoiets als environmental DNA (eDNA). Dit is DNA dat aan een organisme ontsnapt is en vrij in de leefomgeving van dat organisme rondzwerft. eDNA kan op heel veel verschillende manieren vrijkomen, bijvoorbeeld middels oude, dode cellen die hun inhoud loslaten, al zou eigenlijk elk biologisch materiaal een bron van eDNA kunnen zijn. In de afgelopen jaren is eDNA al aangetroffen in water, sneeuw en aarde. Met name in water wordt aan de hand van dit eDNA al gekeken welke soorten waar voorkomen en hoe bepaalde vispopulaties er voorstaan. Daarnaast hebben onderzoekers nog niet zo lang geleden aangetoond dat ze ook eDNA uit de lucht kunnen plukken om zo de dieren in de buurt te identificeren.
Het oeroude DNA bestaat uit piepkleine strengen, enkele miljoensten van een millimeter lang. Het zat goed verstopt in sedimenten (klei en kwarts) dat nog uit de ijstijd stamt. Onderzoekers troffen dit aan in een bijna 100 meter dikke sedimentafzetting in de monding van een fjord in de Noordelijke IJszee, op het noordelijkste punt van Groenland. “De oude DNA-monsters werden gevonden diep begraven in sediment dat zich gedurende 20.000 jaar had opgebouwd,” vertelt onderzoeker Kurt Kjær. “Het sediment werd uiteindelijk in ijs of permafrost bewaard en is gedurende twee miljoen jaar niet door mensen verstoord.”
Ecosysteem
Onderzoekers slaagden er vervolgens in om met behulp van het eDNA een beeld te schetsen van het twee miljoen jaar oude ecosysteem. Ze vergeleken elk afzonderlijk DNA-fragment met uitgebreide DNA-bibliotheken van hedendaagse dieren, planten en micro-organismen. En zo begon er langzaam maar zeker een beeld te ontstaan van hoe de omgeving er een slordige twee miljoen jaar geleden uitzag en welke bomen, struiken, vogels, dieren en micro-organismen er destijds leefden. Sommige DNA-fragmenten waren gemakkelijk te classificeren als voorlopers van hedendaagse soorten, andere konden alleen op basis van genen worden gecategoriseerd. Weer andere fragmenten bleken helemaal niet gekoppeld te kunnen worden aan bekend DNA uit DNA-bibliotheken, simpelweg omdat deze soorten al lang geleden van de aardbodem waren verdwenen.
Dieren en micro-organismen
Uiteindelijk ontdekten de onderzoekers op deze manier bewijs van onder andere rendieren, hazen, lemmingen, berken en populieren. Daarnaast vonden de onderzoekers ook DNA van een breed scala aan micro-organismen, waaronder bacteriën en schimmels. De twee miljoen jaar oude monsters helpen wetenschappers bovendien een beeld te vormen van een voorheen onbekende fase in de evolutie van een reeks soorten die nog steeds bestaan.
Onderzoekers ontdekten zelfs dankzij het eDNA dat mastodonten (een groot slurfdier uit de ijstijd) tot aan Groenland zwierf voordat hij later uitstierf. En dat is een bijzondere ontdekking. Het is namelijk bekend dat Mastodonten in het huidige Noord- en Midden-Amerika leefden. Maar blijkbaar reikte hun verspreidingsgebied helemaal tot aan Groenland.
Klimaatverandering
Volgens het team kunnen de nieuwe resultaten helpen bij het voorspellen van de ecologische tol die de huidige opwarming van de aarde eist. “Het destijdse lokale, heersende klimaat kende aanzienlijk hogere temperaturen en lijkt sterk op het klimaat dat we in de toekomst verwachten als klimaatverandering doorzet,” legt onderzoeker Mikkel Pedersen uit. “Eén van de belangrijkste factoren is achterhalen in welke mate soorten zich zullen aanpassen aan de veranderende omstandigheden.” De bevindingen scheppen tot op zekere hoogte hoop. “Onze gegevens suggereren dat meer soorten kunnen evolueren en in staat zijn zich aan te passen aan grotere temperatuurschommelingen dan gedacht,” aldus Pedersen. “Maar, onze bevindingen laten ook zien dat deze soorten daar tijd voor nodig hadden. En momenteel warmt de aarde te snel op, wat betekent dat planten en dieren niet de tijd krijgen om zich aan te passen. De huidige klimaatcrisis blijft dus een enorme bedreiging voor de biodiversiteit. Enkele bomen en planten zullen mogelijk al binnenkort uitsterven.”
Genetische manipulatie
Maar mogelijk kan het nieuw ontdekte twee miljoen jaar oude eDNA ons ook helpen sommige soorten te redden. Zo stellen de onderzoekers voor om bepaalde ‘trucjes’ van oud planten-DNA af te kijken en te gebruiken om sommige bedreigde soorten beter bestand te maken tegen een opwarmend klimaat. “Het is mogelijk om met genetische manipulatie de strategie na te bootsen die planten en bomen twee miljoen jaar geleden ontwikkelden om te overleven in een opwarmend klimaat,” stelt Kjær. “Zo kunnen we mogelijk voorkomen dat sommige soorten uitsterven. Dit is een van de redenen waarom deze wetenschappelijke vooruitgang zo belangrijk is. Het laat ons zien hoe we kunnen proberen de verwoestende impact van de opwarming van de aarde tegen te gaan.”
Al met al kunnen we dankzij de vondst voor het eerst rechtstreeks naar het DNA uit een ecosysteem uit vervlogen tijden kijken. “We kunnen nu verder terugkijken in het verleden dan iemand zich ooit had kunnen voorstellen,” zegt Willerslev. De onderzoekers zetten hun zoektocht naar oeroud eDNA voort. “Misschien zit er ook wel DNA verstopt in klei dat bewaard is gebleven in Afrika,” oppert de onderzoeker. “Als we hier DNA vinden, kunnen we misschien baanbrekende informatie verzamelen over de oorsprong van veel verschillende soorten – misschien doen we zelfs nieuwe kennis op over de eerste mensen en hun voorouders. De mogelijkheden zijn eindeloos.”
