ДНК из древних гнёзд древесных крыс помогает раскрыть прошлое Земли
Новое исследование показывает, как использование секвенирования ДНК нового поколения на древних гнёздах древесных крыс (middens) — конструкциях из растительного материала, фрагментов насекомых, костей, экскрементов и мочи — может дать экологические "снимки" прошлого Земли. Исследование, опубликованное в журнале Ecology and Evolution, может проложить путь учёным к лучшему пониманию того, как растительные сообщества — а возможно, также животные, бактерии и грибы — отреагируют на вызванное человеком изменение климата.
"Гнёзда грызунов — мощный инструмент в палеоэкологии", — сказал Майкл Тесслер, постдок Американского музея естественной истории.
Древесные крысы (Neotoma spp.) — длиннохвостые ночные грызуны, которые строят гнёзда из растительного материала в сухих пещерах и расщелинах. Их липкая, вязкая моча помогает гнёздам связываться в твёрдую массу, способную сохраняться десятки тысяч лет — некоторые гнёзда датируются периодом до последнего ледникового периода. Эти богатые растениями отложения (называемые middens), которые также могут содержать насекомых, кости и другие материалы, находятся в засушливых частях Северной Америки. Поскольку кормовой ареал этих мелких грызунов ограничен, содержимое их гнёзд представляет локальную среду того времени, предоставляя ключи о прошлых климатах. С 1960 года проанализировано и архивировано более 2000 древних гнёзд из западной части Северной Америки.
"Содержимое гнёзд настолько хорошо сохраняется, что фрагменты древней ДНК можно извлечь и проанализировать спустя тысячелетия", — сказал Роб Харберт, доцент Колледжа Стоунхилл. Они использовались для идентификации вымершего наземного ленивца в Аргентине, изучения истории толсторогих баранов в Калифорнии и предоставления доказательств инфекции папилломавируса у древесных крыс за последние 27 000 лет.
Исследователи проанализировали древнюю ДНК из 25 образцов гнёзд возрастом от 300 до 48 000 лет из Коллекции гнёзд древесных крыс Северной Америки в Лаборатории дендрохронологии Университета Аризоны. Образцы взяты из двух локаций: Национального заповедника Сити-оф-Рокс в южно-центральном Айдахо и каньона Гваделупе в Северной Нижней Калифорнии, Мексика.
Учёные исследовали два метода секвенирования нового поколения для сравнения ДНК: ампликонное (секвенирование одного и того же гена из каждого образца) и шотган-секвенирование (случайный отбор фрагментов ДНК). Для этого исследования они сосредоточились на шотган-методе, обнаружив, что гнёзда возрастом до 32 000 лет содержат восстанавливаемую ДНК, соответствующую ископаемым остаткам в этих отложениях.
Как и ожидалось, большая часть этой ДНК — бактериальная, но от 20 до 40% классифицируется как принадлежащая эукариотическим организмам (чьи клетки имеют ядро), включая растения (злаки, сосны, можжевельники, астры, розы), а также небольшое количество позвоночных, насекомых и грибов. Вирусы также присутствовали в малых количествах.
Хотя исследование подчёркивает перспективность глубокого секвенирования ДНК для изучения прошлых экосистем, для повышения точности работы требуется значительный прогресс. Поскольку шотган-метод секвенирует случайные фрагменты ДНК, учёным необходима обширная база данных для сопоставления последовательностей с организмом. Если данных об организме нет, можно получить лишь наиболее близкое совпадение или не получить его вовсе. Из-за этого, а также деградации ДНК, исследователи смогли достоверно сопоставить фрагменты ДНК только на уровне семейства и не смогли определить их до рода или вида.
"По мере снижения стоимости секвенирования ДНК и роста вычислительной мощности перспективы использования этой техники значительно улучшатся", — сказал Харберт.