世界上最古老的DNA的发现打破了100万年记录

200万年前的DNA被鉴定出来，在进化史上打开了“改变游戏规则”的新篇章。在格陵兰岛北部的冰河时代沉积物中发现了环境DNA的微观碎片。研究人员利用尖端技术发现，这些碎片比之前西伯利亚猛犸象骨骼DNA样本的记录还要早100万年。这些古老的DNA被用来绘制200万年前经受了极端气候变化的生态系统。

　　

200万年前的DNA首次被鉴定出来，在进化史上打开了“改变游戏规则”的新篇章。

在格陵兰岛北部的冰河时代沉积物中发现了环境DNA的微观碎片。研究人员利用尖端技术发现，这些碎片比之前西伯利亚猛犸象骨骼DNA样本的记录还要早100万年。

这些古老的DNA被用来绘制200万年前经受了极端气候变化的生态系统。研究人员希望这一结果能够帮助预测当前全球变暖对环境造成的长期影响。

这一发现是由Eske Willerslev教授和Kurt H. Kjær教授领导的科学家团队发现的。Willerslev教授是剑桥大学圣约翰学院的研究员，也是哥本哈根大学Lundbeck基金会地球遗传学中心的主任。

在粘土和石英中发现的41个可用样本，结果今天发表在《Nature》杂志上。

Willerslev教授说:“跨越100万年历史的新篇章终于打开了，我们第一次可以直接看到很久以前过去生态系统的DNA。DNA可以迅速降解，但我们已经证明，在适当的环境下，我们现在可以回到任何人都不敢想象的更远的时间。”

Kjær教授说:“这些古老的DNA样本被发现深埋在超过2万年的沉积物中。沉积物最终保存在冰或永久冻土中，最重要的是，200万年以来没有受到人类的干扰。”

这些不完整的样本，只有百万分之一毫米长，是从格陵兰岛最北端北冰洋峡湾口的København地层中采集的，这是一个近100米厚的沉积物沉积物。当时格陵兰岛的气候在北极和温带之间变化，比今天的格陵兰岛高出10-17摄氏度。沉积物在浅海中一米一米地堆积起来。

科学家们发现了包括驯鹿、野兔、旅鼠、桦树和杨树在内的动物、植物和微生物的证据。研究人员甚至发现，一种冰河时期的哺乳动物乳齿象，在后来灭绝之前，曾漫游到格陵兰岛。以前，人们认为这种长得像大象的动物的活动范围并没有从已知的北美和中美洲起源延伸到格陵兰岛那么远。

来自丹麦、英国、法国、瑞典、挪威、美国和德国的40名研究人员进行了侦探工作，解开了DNA片段的秘密。这个过程是艰苦的——首先他们需要确定粘土和石英中是否隐藏着DNA，如果有，他们能否成功地从沉积物中分离出DNA进行检测?最终，答案是肯定的。研究人员将每一个DNA片段与从现代动物、植物和微生物中收集的大量DNA库进行了比较。树木、灌木、鸟类、动物和微生物的DNA图谱开始浮现。

一些DNA片段很容易被归类为现代物种的前身，另一些只能在属水平上进行联系，还有一些来自于无法在21世纪仍生活在动物、植物和微生物的DNA文库中进行定位的物种。

这些200万年前的样本还帮助学者们构建了一幅以前未知的进化阶段的图景，这些物种的DNA在今天仍然存在。

Kjær教授说:“探险是昂贵的，许多样本是在2006年团队在格陵兰岛进行另一个项目时带回来的，从那以后就一直保存着。直到新一代DNA提取和测序设备被开发出来，我们才能够在沉积物样本中定位和识别极其微小和受损的DNA片段。这意味着我们终于能够绘制出200万年前的生态系统。”

Mikkel W. Pedersen是这篇论文的共同第一作者，也是Lundbeck基金会地球遗传学中心的助理教授，他说:“Kap K?benhavn生态系统在今天没有类似的生态系统，它存在的温度比我们今天要高得多，因为从表面上看，由于全球变暖，气候似乎与我们预期的地球未来的气候相似。

“这里的关键因素之一是物种能够在多大程度上适应温度显著升高引起的条件变化。这些数据表明，能够进化和适应剧烈变化的温度的物种比之前想象的要多。但至关重要的是，这些结果表明，他们需要时间来做到这一点。当今全球变暖的速度意味着生物和物种没有那么多时间，因此气候紧急情况仍然是对生物多样性和世界的巨大威胁——包括植物和树木在内的一些物种即将灭绝。”

在研究København地层的古代DNA时，研究人员还发现了各种微生物的DNA，包括细菌和真菌，他们正在继续绘制这些微生物的图谱。在格陵兰岛最北端的前生态系统中，动物、植物和单细胞生物之间的相互作用如何在生物学上起作用的详细描述将在未来的研究论文中提出。

现在，人们希望发现的200万年前植物DNA的一些“技巧”可以用来帮助一些濒危物种更好地抵御气候变暖。

Kjær教授说:“基因工程有可能模仿200万年前植物和树木发展出来的策略，在气温上升的气候中生存下来，防止一些物种、植物和树木灭绝。这是这一科学进步如此重要的原因之一，因为它可以揭示如何试图抵消全球变暖的毁灭性影响。”

格陵兰岛København组的发现开辟了DNA检测的一个全新时期。

Willerslev教授解释说:“DNA通常在寒冷、干燥的条件下保存得最好，就像物质在Kap K?benhavn沉积以来的大部分时间里普遍存在的条件一样。既然我们已经成功地从粘土和石英中提取了古代DNA，那么在非洲发现的遗址中，粘土可能在温暖潮湿的环境中保存了古代DNA。

“如果我们能够开始探索来自非洲的粘土颗粒中的古代DNA，我们可能会收集到许多不同物种起源的突破性信息，甚至可能是关于第一批人类及其祖先的新知识，可能性是无限的。”

A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature, 2022; 612 (7939): 283