Древняя ДНК указывает, что шерстистые мамонты вымерли позже, чем считалось

В 2010 году команда из Университета Альберты собрала образцы вечной мерзлоты на золотых приисках в регионе Клондайк (центральный Юкон). Они хранились в холоде, пока палеогенетики из Центра древней ДНК Макмастера не применили новые методы геномики, чтобы понять глобальное вымирание мегафауны, достигшее пика в Северной Америке около 12 700 лет назад.

Эти крошечные образцы содержат огромное количество древней экологической ДНК от бесчисленных растений и животных, живших в этих средах на протяжении тысячелетий. Эти генетические микроископаемые происходят от всех компонентов экосистемы и служат капсулой времени для утраченных экосистем, таких как мамонтовая степь, исчезнувшая около 13 000 лет назад.

Новые технологии для древней ДНК

Бактериальная, грибковая и неидентифицируемая ДНК составляют более 99,99% экологического образца. Для исследования коллапса экосистемы мамонтовой степи требовалось выборочно извлечь гораздо меньшую долю древней ДНК растений и животных.

В рамках докторского исследования была разработана новая техника для извлечения, выделения, секвенирования и идентификации крошечных фрагментов древней ДНК из осадков.

Были проанализированы эти фрагменты, чтобы отследить смену растений и животных в центральном Юконе за последние 30 000 лет. Были найдены свидетельства позднего выживания шерстистых мамонтов и лошадей в регионе Клондайка — примерно на 3 000 лет позже ожидаемого срока.

Затем анализ был расширен до 21 ранее собранного керна вечной мерзлоты из четырёх точек в Клондайке возрастом от 4 000 до 30 000 лет.

Современные технологии позволили не только идентифицировать организмы, но и собрать фрагменты в геномы для изучения их эволюционной истории — исключительно из осадков.

Колоссальные экологические изменения

Переход от плейстоцена к голоцену (~11 700 лет назад) был периодом глобальных изменений. В восточной Берингии это привело к коллапсу биома мамонтовой степи и его постепенной замене на бореальный лес.

Это повлекло потерю мегагербиворов ледникового периода (шерстистый мамонт, юконская лошадь, степной бизон) и хищников (американский гомотерий, берингийский лев).

Была обнаружена древняя экологическая ДНК от разнообразной фауны. Также удалось наблюдать, как распространение древесных кустарников около 13 500 лет назад коррелировало со снижением количества ДНК мамонтов, лошадей и степных бизонов.

Основные выводы:

1. Высокая согласованность данных между участками указывает на репрезентативность региональных экологических трендов.
2. Снижение ДНК мамонта произошло до потепления Бёллинга—Аллерёда, что говорит о возможном постепенном вымирании мегафауны.
3. Травянистые цветковые растения составляли существенную часть экосистемы мамонтовой степи наряду с травами.
4. Обнаружен устойчивый сигнал присутствия мамонта и юконской лошади в голоцене — до 7 000 лет после их исчезновения по данным ископаемых останков.

Реконструкции показывают, что переход от последнего ледникового периода мог быть более длительным. Мамонты, возможно, сократили численность на тысячи лет раньше другой мегафауны, что потенциально коррелирует с первыми спорными свидетельствами появления людей в регионе. Травоядные животные степей могли сохраняться тысячелетиями в рефугиумах.

Мамонты и люди

Данные свидетельствуют, что лошади и мамонты могли сохраняться в Клондайке примерно до 9 000 лет назад, а возможно, и до 5 700 лет назад, пережив своё предполагаемое исчезновение по палеонтологическим данным на 7 000 лет. Однако древняя экологическая ДНК может подвергаться эрозии и повторному отложению, что требует осторожности в интерпретациях.

Недавние исследования показывают, что мамонты выжили до 5 500 и 4 000 лет назад на арктических островах. Учёные из Центра геогенетики в Копенгагене нашли свидетельства выживания лошадей и мамонтов на Аляске до 7 900 лет назад, а в Сибири — до 3 900 лет назад. Степные бизоны, как выяснилось, могли сохраняться до 400 лет назад.

В одних и тех же образцах осадков обнаружены различные генетические линии мамонтов и бизонов, что указывает на сосуществование их отдельных популяций.

Растёт число свидетельств, что многие виды мегафауны ледникового периода, вероятно, пережили начало записанной человеческой истории, существуя в эпоху бронзы и во время строительства пирамид в Египте.

Генетические архивы экологического прошлого

Усложнение методов работы с экологической ДНК показывает, какой объём информации скрыт в осадках.

Вечная мерзлота идеальна для сохранения древней ДНК, но по мере её таяния и деградации из-за потепления в Арктике будет утрачиваться и генетический материал, и эволюционные тайны, которые он хранит.