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Urzeitumwelt: Älteste bisher bekannte DNA entziffert

Paläogenetiker haben in Sedimenten aus Nordgrönland zwei Millionen Jahre alte Genfragmente entdeckt. Aus der ältesten bekannten Umwelt-DNA rekonstruierten sie ein ganzes Ökosystem der Urzeit – samt einer unerwarteten Spezies.
Die Illustration zeigt eine Landschaft, wie sie vor zwei Millionen Jahren an der Kap København Formation im Norden Grönlands ausgesehen haben könnte: ein Wald bevölkert von Mastodonten, Hasen und Rentieren, bei Temperaturen deutlich wärmer als heute.
Die Illustration zeigt eine Landschaft, wie sie vor zwei Millionen Jahren an der Kap København Formation im Norden Grönlands existiert haben könnte: ein Wald bevölkert von Mastodonten, Hasen und Rentieren. Die Temperaturen waren damals deutlich wärmer als heute.

Paläogenetiker haben die bislang älteste bekannte DNA entziffert. Sie stammt aus zirka zwei Millionen Jahre alten Sedimenten im Norden Grönlands. Wie eine Forschergruppe um Eske Willerslev von der Universität Kopenhagen sowie der University of Cambridge im Fachmagazin »Nature« berichtet, konnte sie aus der gewonnenen Umwelt-DNA das urzeitliche Ökosystem rekonstruieren. Vergleichbares war bisher nicht gelungen, weil es nahezu keine Fossilfunde aus dieser Region gibt. Dank verbesserter Methoden der Sequenzierung war es nun aber möglich, derart altes Erbgut zu extrahieren und zu bestimmen, erklärt die Gruppe um Willerslev bei einer Pressekonferenz. Zuvor galt die DNA aus drei Mammutzähnen, die mehr als eine Million Jahre im Dauerfrostboden von Sibirien überdauerten, als ältestes erhaltenes Erbgut.

Jedes Lebewesen hinterlässt in seiner Umwelt Spuren seiner DNA – in Form von Haut, Haaren, Speichel oder Kot. Den Paläogenetikerinnen und -genetikern gelang es, derartige Genschnipsel aus 41 Sedimentproben zu extrahieren. Sie hatten das Material bereits 2006 aus dem Dauerfrostboden der so genannten Kap København Formation im Norden Grönlands geborgen. Die Sedimente, die heute an einem Fjord liegen, hatten sich in einem Zeitraum von 20 000 Jahren abgelagert. Mit Hilfe von geophysikalischen Methoden konnten die Forschenden das Alter der Ablagerungen auf 1,9 bis 2,1 Millionen Jahre bestimmen.

Überraschend: Auch Mastodonten lebten damals auf Grönland

Die Arbeitsgruppe um Willerslev identifizierte mit Hilfe der Genabschnitte verschiedene Land- und Wasserbewohner: Rentiere, Hasen, Gänse, Lemminge, Pfeilschwanzkrebse sowie Birken, Thujen, Pappeln, Pilze und Bakterien. Unter den Genfragmenten entdeckten die Forschenden überraschenderweise auch Erbgut von Mastodonten. Die Rüsseltiere lebten bis zum Ende der letzten Kaltzeit auf dem amerikanischen Kontinent. Dass sie auch weiter nördlich auf Grönland vorkamen, war aber bislang unbekannt.

Probenentnahme | Paläogenetiker Eske Willerslev und einer seiner Kollegen waren im Jahr 2006 auf Grönland, um Sedimentproben zu nehmen. Erst jetzt war es ihnen gelungen, aus dem Erdreich Umwelt-DNA zu extrahieren.

Auffällig sei, so berichtet Willerslev während der Pressekonferenz, dass er und sein Team keine DNA von Raubtieren aufgespürt haben. Der Paläogenetiker geht zwar davon aus, dass Fleischfresser existiert haben müssen, deren Populationen seien jedoch im Vergleich zu den Pflanzenfressern kleiner gewesen. »Je mehr Biomasse [von einer Art] vorhanden ist, desto mehr DNA hinterlässt sie in der Umwelt«, sagt Willerslev. »Und hätten wir weiter sequenziert, dann hätten wir wohl irgendwann auch Karnivoren erwischt.«

Aus den Gendaten folgern Willerslev & Co, dass vor zwei Millionen Jahren im Norden Grönlands ein borealer Wald wuchs. Die Tiere und Pflanzen stammen sowohl aus arktischen als auch nördlichen Klimazonen. Überdies dürfte das Klima damals Sommer wie Winter zirka zehn Grad Celsius wärmer gewesen sein als heute. Eske Willerslev betont, dass vergleichbare Ökosysteme heutzutage nicht mehr existieren.

Kalt, trocken und im richtigen Boden überdauert DNA

Dass die Genomfragmente überhaupt so lange Zeit überdauert haben, hat laut den Forschenden vor allem zwei Gründe: Zum einen lag das Material in gefrorenen Boden – unter eisigen und trockenen Bedingungen bleibt Erbgut deutlich länger erhalten. Zum anderen könnten die Nähe zum Meer und die Bestandteile des Bodens die Konservierung gefördert haben. So blieben die Genschnipsel an bestimmten Mineralen besser haften, vor allem an Tonmineralen.

Sedimentprofil | In den Ablagerungen zeichnen sich Überreste von Pflanzen ab, die vor zwei Millionen Jahren am Kap København existierten.

Diese Erkenntnis könnte den Paläogenetikern weitere Aufsehen erregende Funde bescheren. »Es ist möglich, dass Ton alte DNA [auch] in warmen, feuchten Umgebungen konserviert hat, an Stätten in Afrika«, sagt Willerslev laut einer Pressemitteilung der University of Cambridge. »Wenn wir anfangen können, alte DNA in Tonkörnchen aus Afrika zu untersuchen, könnten wir möglicherweise bahnbrechende Daten über die Herkunft vieler verschiedener Arten sammeln – vielleicht sogar neues Wissen über die ersten Menschen und ihre Vorfahren.« Als Nächstes wollen Willerslev und sein Team jedoch wieder gen Norden aufbrechen. Im Sommer 2023 möchte die Forschergruppe in Nordkanada Sedimente bergen und darin nach alter Umwelt-DNA suchen.

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