Древняя ДНК из вечной мерзлоты показала позднее выживание мегафауны

Вымершие шерстистые мамонты и древние американские лошади могли пастись в североамериканской степи на несколько тысяч лет дольше, чем считалось ранее. Извлекши древнюю ДНК из мерзлого грунта в центральной Аляске, исследователи с помощью передовых методов обнаружили «генетические окаменелости» обоих видов в образцах вечной мерзлоты возрастом от 7 600 до 10 500 календарных лет. Эти данные свидетельствуют, что по крайней мере одна популяция этих ныне вымерших млекопитающих просуществовала дольше в континентальной части материка, что ставит под сомнение общепринятый взгляд об их исчезновении из Америки около 12 000 лет назад.

«Мы не знаем, сколько времени требуется, чтобы уничтожить вид, — говорит Росс Макфи, куратор отдела маммологии Американского музея естественной истории. — Вымирания часто выглядят в палеонтологической летописи драматичными и внезапными, но наше исследование даёт представление о том, как это событие могло выглядеть в реальном времени, когда исчезающие виды выживали во всё меньших количествах, пока в конце концов не пропали полностью».

В конце плейстоцена (геологическая эпоха примерно от 2,5 млн до 12 000 лет назад) многие представители мировой мегафауны, такие как гигантские ленивцы, саблезубые кошки, ужасные волки, большерогие олени и мамонты, исчезают из геологической летописи. Некоторые крупные виды, например Equus caballus (вид, от которого произошла домашняя лошадь), вымерли в Северной Америке, но сохранились в небольших популяциях в других местах. Из-за кажущегося внезапного исчезновения многих видов мегафауны в Северной Америке некоторые учёные предлагали катастрофические объяснения: чрезмерная охота людей, внеземное воздействие или появление новых инфекционных заболеваний. Однако скорость вымирания не подтверждается напрямую окаменелостями, а выводится из радиоуглеродного датирования костей и зубов, найденных на поверхности или в земле. Современные данные по «макрофоссилиям» указывают, что последние известные мамонты и дикие лошади жили 13 000–15 000 лет назад.

Но твёрдые останки животных редко сохраняются, их трудно найти и точно датировать из-за физической деградации. Поэтому Макфи и его соавторы — Эске Виллерслев из Университета Копенгагена (Дания), Ричард Робертс из Университета Вуллонгонга (Австралия) и Дуэйн Фроузи из Университета Альберты (Канада) — решили подойти к проблеме, датируя «последних выживших» через почву. Мёрзлые осадки крайнего севера Сибири и Канады могут исключительно хорошо сохранять мелкие фрагменты ДНК животных и растений даже при полном отсутствии видимых органических останков, таких как кости или древесина.

«В принципе, можно взять щепотку грунта, собранного в благоприятных условиях, и обнаружить удивительное количество улик о том, какие виды обитали на данной территории в то время, — говорит Виллерслев, директор Центра геогенетики Университета Копенгагена. — Использование древней ДНК даёт возможность исследовать прошлую жизнь за последние 400 000 лет, освобождая нас от необходимости полагаться только на скелетные и другие макрофоссилии как единственный источник информации о видах, которых уже нет».

Для поиска «генетических окаменелостей» команда собрала керны грунта из нетронутой аляскинской вечной мерзлоты. Идеально подошёл продуваемый ветрами Стивенс-Виллидж на берегу реки Юкон. Здесь осадки были запечатаны в вечной мерзлоте вскоре после отложения. Для датировки растительных остатков и отдельных минеральных зёрен, найденных в тех же слоях, что и ДНК, использовались два независимых метода: радиоуглеродный датировки и оптически стимулированной люминесценции.

«С помощью этих двух методов мы можем быть уверены, что отложения, из которых была извлечена ДНК, не были загрязнены с тех пор, как эти исчезнувшие гиганты последний раз прошли здесь, — сказал Робертс, директор Центра археологических наук Университета Вуллонгонга. — Это генетическое кладбище, замороженное во времени».

Керны из Стивенс-Виллиджа дают чёткую картину местной фауны Аляски в конце последнего ледникового периода. Самые древние отложения возрастом около 11 000 лет содержат остаточную ДНК арктического зайца, бизона и лося; все три животных также были обнаружены в более высоких, молодых слоях, как и ожидалось. Но в одном керне, отложившемся между 7 600 и 10 500 лет назад, было подтверждено присутствие ДНК как мамонта, так и лошади. Чтобы убедиться, что целостность образца не была нарушена геологическими процессами (например, что древняя ДНК не была занесена в поверхностные почвы), команда провела обширный отбор проб на поверхности в окрестностях Стивенс-Виллиджа. Никаких следов ДНК мамонта, лошади или других вымерших видов в современных образцах найдено не было. Этот результат согласуется с предыдущими исследованиями, показавшими, что ДНК быстро деградирует под воздействием солнечного света и различных химических реакций.

«Тот факт, что мы обнаружили ДНК только в одном слое, неудивителен, — говорит Макфи. — Когда вид начинает вымирать, особей на земле становится всё меньше, а значит, и меньше исходного материала для древней ДНК, такого как фекалии, слущенные ткани кожи и разлагающиеся тела».

Команда также разработала статистическую модель, которая показала, что к 8 000 лет назад популяции мамонтов и лошадей сократились бы до нескольких сотен особей.

«В этот момент мамонты и лошади едва держались. Возможно, мы работаем с ДНК некоторых из последних представителей этих видов в Северной Америке», — говорит эксперт по вечной мерзлоте Фроузи, доцент кафедры наук о Земле и атмосфере Университета Альберты. — Равнина Юкона включает обширные подвижные речные отмели с обилием высококачественного корма, где крупные млекопитающие могут и могли выживать. Возможно, на Аляске было несколько подобных мест, где сохранялись небольшие остаточные популяции».

«Почвенная ДНК имеет большой потенциал для изучения вопросов вымирания и в других частях мира, а также для решения ряда археологических задач», — сказал Виллерслев, отметив, что этот подход не ограничивается взглядом в прошлое. — Мы также можем использовать его для составления списка современных видов, обитающих в любой конкретной местности. Эта информация очень ценна для изучения животных, которых трудно обнаружить, и у неё есть интересные криминалистические применения».