グリーンランド北部の氷河期の堆積物から、環境DNAの微小な断片が発見された。このDNA断片は、これまでシベリアのマンモスの骨から採取されたDNAの記録よりも100万年古いものであり、最先端の技術を使って発見された。この古代DNAは、極端な気候変動を乗り越えた200万年前の生態系をマッピングするために使用された。この研究者らは、今回の結果が現在の地球温暖化がもたらす長期的な環境破壊を予測するのに役立つと期待している。
この発見は、エスケ・ウィラースレフ教授とカート H. ケアー教授が率いる科学者チームによってなされた。ウィラースレフ教授はケンブリッジ大学セントジョンズカレッジのフェローであり、コペンハーゲン大学のルンドベック財団ジオジェネティクスセンターのディレクターで、地質学の専門家であるケアー教授もここを拠点としている。
粘土や石英の中に隠れていた41個の使用可能なサンプルを発見した結果が、2022年12月7日、Nature誌に掲載された。このオープンアクセスの論文は「環境DNAが解き明かすグリーンランドの200万年前の生態系 （A 2-Million-Old Ecosystem in Greenland Uncovered By Environmental DNA）」と題されている。
ウィラースレフ教授は「100万年以上の歴史にまたがる新章がついに開かれ、我々は初めて、そこまで遡った過去の生態系のDNAを直接見ることができるようになった。DNAはすぐに劣化してしまうが、適切な環境下であれば、今では誰もが想像もつかないほど過去に遡ることができる。」と述べている。
ケアー教授は「この古代DNAサンプルは、2万年以上にわたって蓄積された堆積物の奥深くに埋もれているものが発見された。その堆積物は最終的に氷や永久凍土の中に保存され、重要なことは、200万年の間、人間に邪魔されなかったことだ。」と述べている。
このサンプルは、グリーンランド最北端の北極海のフィヨルドの河口にある厚さ100メートル近い堆積物、コーベンハウン層から採取されたもので、長さは数百万分の1ミリ程度だ。当時のグリーンランドの気候は北極と温帯の間で変化し、現在のグリーンランドより10～17℃も暖かかったという。浅い湾の中に1メートルずつ堆積物が積み重なっていた。
トナカイ、ノウサギ、レミング、白樺、ポプラなどの動物、植物、微生物の痕跡が発見された。さらに、氷河期の哺乳類であるマストドンが、グリーンランドまで移動し、その後絶滅していたことも分かった。これまで、象に似たこの動物の生息域は、原産地とされる北中米からグリーンランドまでは広がっていないと考えられていた。
デンマーク、イギリス、フランス、スウェーデン、ノルウェー、アメリカ、ドイツから集まった40人の研究者が、DNA断片の秘密を解き明かした。まず、粘土と石英の中にDNAが隠されているかどうかを確認し、もし隠されていたとしても、DNAを堆積物から分離して調べることができるかどうかを確認する必要があった。その答えは、最終的に「イエス」だった。研究者らは、一つひとつのDNA断片を、現代の動物、植物、微生物から集めた膨大なDNAライブラリーと比較した。すると、樹木、茂み、鳥、動物、微生物から採取されたDNAの全体像が浮かび上がってきた。
DNA断片の中には、現在の種の前身として分類しやすいもの、属レベルでしか結びつかないもの、21世紀に生きている動物、植物、微生物のDNAライブラリーに置くことが不可能な種に由来するものなどがあった。
また、200万年前のサンプルは、現在も存在するさまざまな種のDNAの進化において、これまで知られていなかった段階を明らかにするのに役立っている。
ケアー教授は「遠征には費用がかかがるが、サンプルの多くは、チームが別のプロジェクトでグリーンランドに滞在していた2006年に採取されたもので、それ以来ずっと保管されていたものだ。新世代のDNA抽出・配列決定装置が開発されて初めて、堆積物サンプルの中から極めて小さく損傷したDNAの断片を見つけ出し、同定することができた。それは、200万年前の生態系をついにマップすることができたことを意味する。」と述べている。
この論文の共同筆頭著者で、ルンドベック財団ジオジェネティクスセンターに所属するミッケル・W・ペダーセン助教授は、次のように述べている。「現代に相当するものがないカプ・コベンハウンの生態系は、現在よりもかなり高い温度で存在していた。そして、表面的には、地球温暖化によって将来我々の地球で予想される気候に似ているようだ。」
「ここで重要なのは、気温の大幅な上昇によって生じる条件の変化に、どの程度まで種が適応できるかということだ。このデータは、これまで考えられていたよりも多くの種が進化し、乱暴に変化する気温に適応できることを示唆している。しかし、重要なことは、これらの結果は、彼らがこれを行うには時間が必要であることを示していることである。今日の地球温暖化のスピードは、生物と種にその時間がないことを意味しており、気候の非常事態は生物多様性と世界にとって大きな脅威であり続けている。草木を含むいくつかの種では絶滅が目前だ。」
また、カプ・コベンハウン層から採取された古代DNAを調査したところ、バクテリアや菌類などさまざまな微生物のDNAも見つかり、現在、そのマッピングを続けている。グリーンランド最北端のかつての生態系において、動物、植物、単細胞生物の相互作用がどのように生物学的に作用していたかについては、今後の研究論文で詳しく報告される予定だ。
発見された200万年前の植物DNAの「トリック」のいくつかは、絶滅危惧種を温暖化に対する抵抗力を高めるために利用できるかもしれないと期待されている。
ケアー教授は「遺伝子工学は、200万年前に植物や木々が気温上昇を特徴とする気候の中で生き残るために開発した戦略を模倣し、いくつかの種や植物や木々の絶滅を防ぐことができる可能性があるのだ。これは、地球温暖化の壊滅的な影響に対抗する試みを明らかにできるため、この科学の進歩が非常に重要である理由の1つだ。」と述べている。
グリーンランドのカプ・コベンハウン層から得られた発見は、DNA検出の新しい時代を切り開くものだ。
ウィラースレフ教授は、「DNAは一般に、カプ・コベンハウンに堆積していた時期のような、寒くて乾燥した環境で最もよく生き残る。今回、粘土と石英から古代DNAを抽出することに成功したので、アフリカで見つかった遺跡では、粘土が暖かく湿度の高い環境で古代DNAを保存していた可能性がある。アフリカの粘土粒に含まれる古代DNAの探索を始めることができれば、さまざまな種の起源に関する画期的な情報を集めることができるかもしれない。もしかしたら、最初の人類とその祖先に関する新しい知識も得られるかもしれない。」と述べている。
[News release] [Nature article]
画像：
現在のグリーンランド最北部よりかなり気温が高かった時代の200万年前のカプ・コベンハウン地層を芸術的に再現したイメージ。(出典：Beth Zaikenjpg)
