迄今提取的最古老 DNA 描绘出一幅失落的北极世界的华丽图景

尽管格陵兰岛的名字听起来很苍翠，但它并不是一个你想象中的花园。这个岛比墨西哥还大，但岛上人口不到 6 万，大部分人居住在西南海岸。这并不奇怪：该国大部分内陆地区都被冰雪覆盖，许多地方的空气干燥得甚至无法下雪。

然而，在岛屿荒凉的北部海岸，研究人员拼凑出了一个与今天截然不同的整个古代生态系统。早在现代人类抵达海岸之前，乳齿象就在茂密的森林中行走，螃蟹则在珊瑚礁中繁衍生息。

地质学家和生物学家没有使用化石来描绘这个失落的世界，而是使用了另一种笔触：从陆地上刮下的 240 万年前的 DNA。在今天发表在《自然》杂志上的一篇论文中，研究人员分析了迄今为止采样的最古老的遗传物质，以了解当地球气候更温暖时，格陵兰岛的一小块角落会是什么样子。

“它展示了当今没有类似的生态系统，”丹麦哥本哈根大学和英国剑桥大学的生态学家、这项研究的作者之一埃斯克·威勒斯列夫说。

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任何一种古老的 DNA 都很难找到。虽然科学家通常从活体生物中提取 DNA，但这些证据在生物死亡后很快就会消失。当生物活着时，它会将自己的大部分物质（从毛发到粪便到死皮以及介于两者之间的许多物质）脱落到周围环境中。这些碎屑中的 DNA 可以告诉科学家它来自哪个物种，就像条形码一样。科学家将这些痕迹称为环境 DNA，简称 eDNA。

“这有点像他们在犯罪现场进行的法医分析，”加拿大圭尔夫大学生物学家 Mehrdad Hajibabaei（未参与这项新研究）表示。“你可以识别出生活在那种环境中的生物。”

这种做法还比较新，但在监测生物多样性、发现新物种和追踪入侵物种方面非常有用。但这项研究是首次使用环境 DNA 重建整个史前生态系统。格陵兰岛恶劣的气候无疑起了作用。

在大多数情况下，eDNA 会迅速降解为时间的尘埃。但在适当的条件下（例如，如果保持干燥、附着在矿物质上或冷冻），它可以持续数千年甚至数百万年。 《自然》杂志分析中的 eDNA 来自一个被称为皮里地的地方，这是格陵兰岛北极海岸的一个半岛，距离北极仅约 450 英里。

威勒斯列夫和几位同事于 2006 年首次挖掘出皮里地永久冻土样本。起初，他们不确定是否能从基质中找到任何残存的 eDNA。尽管该团队不断尝试新方法从一堆矿物中提取线索，但他们的许多努力都徒劳无功。“我们重新审视了这些样本，但直到几年前才有所收获，”威勒斯列夫说。

那么到底发生了什么变化呢？威勒斯列夫的一位合作者、地质生物学家卡琳娜·桑德 (Karina Sand) 开发了更好的方法来寻找携带环境 DNA 的特定矿物。这使得研究人员能够瞄准粘土和石英碎片，释放环境 DNA，并使用自 2006 年以来取得长足进步的技术对其进行测序。这也使他们能够研究更小的样本。

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在本文发表之前，已知最古老的 DNA 来自西伯利亚冰层中保存的两头猛犸象，估计年龄在 120 万至 170 万年之间。但 Willerslev 和 Sand 测量发现，它们的原始 DNA 年龄要大得多：大约 240 万年。

接下来，他们开始仔细检查环境 DNA 碎片，寻找匹配物。考虑到生命自更新世开始以来的进化方式，这也不是件容易的事情。有问题的环境 DNA 与今天的动物——甚至化石记录中的动物——都没有完全匹配。作为备用方案，科学家们必须确定近亲，这让他们想到了从未在北极发现过的史前生物。

在他们的环境 DNA 记录中，他们发现了乳齿象的证据，乳齿象是现代大象的近亲。他们还发现了与今天的驯鹿、啮齿动物和鹅有关的动物的迹象，以及与蚂蚁和跳蚤有关的生物。他们还发现了海洋生物的残骸，包括曾经生活在北极水域的珊瑚和鲎。一些较小的动物今天仍然生活在格陵兰岛，但对其他一些动物来说，那里太冷了。事实上，气候记录表明，240 万年前，格陵兰岛的温度比现在高出 20 到 34 华氏度。

在植物方面，研究人员发现，这里存在着一种奇怪的混合植物，包括多叶落叶乔木，如杨树和桦树（可能在英国或美国东部看到），以及北极灌木丛（可能在加拿大北部看到）。这是温带和极地条件的结合，而如今地球上并不存在这种条件。

“这是一项非常令人兴奋的研究，也是作者的杰出成就，它展示了该领域在开发新工具来研究如此古老的环境系统方面已经取得了多大的进步，”澳大利亚塔斯马尼亚大学生物学家琳达·阿姆布雷希特 (Linda Armbrecht) 说，她并不是该论文的作者。

Hajibabaei 表示：“这项研究对我们了解地球在北极等地区的不同之处大有裨益。”他补充说，这项研究还可以向科学家展示如何在气候变化中研究生态系统。

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事实上，格陵兰岛的失落世界表明了气候变化的另一个驱动因素。花园繁荣后不久，一连串的冰河时代就到来了。北极气温骤降，皮里地变成了一片贫瘠的荒地。

这种情况现在正在逆转——而且速度要快得多。如今，全球各地的生物都在以前所未有的速度适应急剧变暖。科学家通常认为物种可以通过从热带和温带地区向北迁移而生存。但这并不意味着大象和驯鹿群最终会在皮里地混居。