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科学者たちは、地球の歴史を再構築する上で重要なブレークスルーを果たした。

グリーンランドの永久凍土に堆積した堆積物から、約200万年前まで遡る環境DNAが検出されたのだ。これは、これまでの最も古い記録(100万年前にシベリアのツンドラを徘徊していたマンモスのDNA)より更に100万年も古いものとなる。

DNAの最大生存期間については、長い間議論の的となってきた。通常、DNAは数千年で劣化すると考えられていたが、理想的な条件下(非常に寒く、非常に乾燥している)では、理論的な上限は約100万年とされていた。

だが、その記録はほぼ2倍になったのだ。科学者たちは、グリーンランドで約200万年前の環境DNA(eDNA)を保存した堆積物のサンプルを発見した。環境DNAとは、生物の個体から採取されるDNAではなく、海・川・湖沼等の水、土壌、大気といった環境の中に存在する生物由来のDNAの総称で、時間の経過とともに失われた複雑な生態系の前例のないスナップショットを提供するものである。

ケンブリッジ大学セント ジョンズ カレッジのフェローであり、本研究の共同研究者であるEske Willerslev教授は、「100万年以上の歴史にまたがる新しい章がついに開かれ、初めて我々はそこまで遡った過去の生態系のDNAを直接見ることができるようになりました。DNAはすぐに劣化してしまいますが、我々は、適切な状況下で、今では誰もが想像していたよりもさらに過去に遡ることができることを示しました。」と述べている。

今回eDNAが発見された堆積物の厚さは、ほぼ100mで、フィヨルドの河口の中で2万年かけて積み重なったものだ。これが永久凍土に埋もれ、200万年もの間、DNAサンプルを保護・保存出来た要因となる。

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海岸堆積物中の有機物のクローズアップ。有機物の層には、200万年前に北グリーンランドのKap Københavnに住んでいた豊かな植物相や昆虫相の痕跡が残っている。(Credit: Professor Svend Funder)

この堆積物の中から、研究チームは41個の使用可能なDNAサンプルを特定することができ、それを現代の生物のDNAサンプルの広範なライブラリーと照らし合わせた。このようにして、研究チームは古代のグリーンランドに生息していた多くの種を特定することができたというわけだ。

研究チームは、トナカイ、ノウサギ、レミング、げっ歯類、ガチョウ、さらにはカブトガニのような海洋動物のDNAを検出した。驚くべきことに、研究チームは、以前は北アメリカや中央アメリカにしか生息していないと考えられていたマンモスの親戚であるマストドンの痕跡も発見したのだ。この生物は、白樺、ポプラ、スジャの木、その他の低木やハーブに囲まれて生活していたことが分かった。また、細菌と真菌のDNAも検出された。

これらのDNA断片の中には、現代種の前身であることが明らかなものもあれば、属レベルでしか同定できないものもあった。最も興味深いのは、現存する種の中に全く同定できないDNAサンプルもあったことだ。サンプルの多くは2006年に採取されたものだが、科学者たちは技術が追いつくのを待つ必要があった。

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Eske Willerslev教授とKurt Kjær教授は、堆積物のサンプリングのために新鮮な層を露出させている。(Credit: Professor Svend Funder)

コペンハーゲン大学のルンドベック財団地球遺伝学センターの所長であり、この研究の共同著者であるKurt H. Kjær教授は、「堆積物サンプルの中から極めて小さく損傷したDNA断片を見つけ出し、同定できたのは、新世代のDNA抽出・配列決定装置が開発されてからのことです。それは、200万年前の生態系をついに地図にすることができたということです。」

研究チームは、この新しい発見は、世界の他の地域でも極めて古いDNAが保存されている可能性を示しており、進化に関する驚くべき新しい洞察を明らかにすることができると言っている。

研究の要旨

360 万年前から 80 万年前の後期鮮新世と前期更新世には、将来の温暖化予測に似た気候が存在した。古気候の記録では、年平均気温が現代より11-19 ℃高く、極域が強く増幅されていることが示されている。この時期の北極に生息していた生物群集は、化石が少ないため、あまり知られていない。今回、我々は、北グリーンランドのカプ・コベンハウン層における約200万年前の古代環境DNA (eDNA) 記録を報告する。この記録は、ポプラ、シラカバ、ツガの混合植生と、様々な北極および北方低木、ハーブからなる開けた北方林生態系を示しており、その多くはこれまでマクロ化石や花粉の記録からこの場所で検出されていなかったものである。DNA 記録からは、マストドン、トナカイ、げっ歯類、ガンなどの動物のウサギとミトコンドリア DNA の存在が確認され、これらはすべて現在および更新世後期の祖先であることがわかりました。カブトガニや緑藻類を含む海洋生物の存在は、現在よりも温暖な気候を裏付けている。復元された生態系は、現代に類似するものはない。このような古代のeDNAの生存は、おそらく鉱物表面への結合に関係しているのだろう。今回の発見は、遺伝子研究の新たな領域を開拓し、古代のeDNAを用いて200万年前の生物群集の生態系と進化を追跡することが可能であることを示すものである。

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