Chiquihuite-Höhle. (Devlin A. Gandy) Der über den Boden einer alten, abgelegenen Höhle in Mexiko verstreute Schmutz hat eine neue Quelle lebensfähiger alter DNA hervorgebracht.
Zum ersten Mal haben Wissenschaftler antike DNA aus Bodenproben sequenziert – und das alles ist den Bären des Jungpaläolithikums zu verdanken, die die Höhle vor etwa 16.000 Jahren häufig als Toilette nutzten.
Die Wissenschaftler beschreiben ihre Arbeit als „ der Mond Landung der Genomik“, denn der Durchbruch bedeutet, dass versteinerte Überreste nicht mehr die einzige Möglichkeit sind, an alte DNA zu gelangen. Darüber hinaus zeigt es, dass alte DNA nun im Kontext von Populationen untersucht werden kann, statt verstreuter, fragmentierter Individuen.
„Wenn ein Tier oder ein Mensch uriniert oder Stuhlgang macht, werden auch Zellen des Organismus ausgeschieden.“ „Und die DNA-Fragmente dieser Zellen können wir in den Bodenproben nachweisen“, erklärte die Genetikerin Eske Willerslev der Universität Kopenhagen in Dänemark.
„Mit äußerst leistungsstarken Sequenzierungstechniken haben wir erstmals Genome – genetische Profile – auf der Grundlage dieser Fragmente rekonstruiert.“ „Wir haben gezeigt, dass Haare, Urin und Fäkalien genetisches Material liefern, das unter den richtigen Bedingungen viel länger als 10.000 Jahre überleben kann.“
Chiquihuite-Höhle , wo die Proben gewonnen wurden, ist als Ort von historischer Bedeutung bekannt. Viele Steinwerkzeuge und Fragmente aus der Zeit dazwischen Vor 25.000 und 30.000 Jahren , zeigen eine Zeit menschlicher Besiedlung – aber Menschen waren nicht die einzigen, die die Höhle nutzten.
Knochen und DNA-Spuren zeigten auch die Anwesenheit einer Reihe von Tieren, darunter Bären, Fledermäuse, Wühlmäuse, Nagetiere und Känguru-Ratten. Mithilfe dieser Proben haben Willerslev und sein Team nun die Genome zweier Jungpaläolithikum-Bären sequenziert und vollständig rekonstruiert.
Das erste Exemplar war der Vorfahre des modernen amerikanischen Schwarzbären ( Amerikanischer Bär ), der immer noch durch die Wälder des nordamerikanischen Kontinents streift. Der zweite war der inzwischen ausgestorbene Riesen-Kurzgesichtsbär ( Wir sind pessimistisch ), einer der größten Bären, die je gelebt haben, der am Ende der letzten Eiszeit vor etwa 11.000 Jahren ausstarb.
Erkundung der verschiedenen Kulturschichten in der Höhle. (Devlin A. Gandy)
Anschließend verglichen die Forscher diese Genome mit denen anderer Bären, darunter 83 heutige Schwarzbären aus den USA und Kanada sowie drei riesige Kurzgesichtsbären, die vor etwa 22.000 Jahren im Yukon in Kanada lebten, basierend auf einer Analyse ihrer Genomen versteinerte Überreste.
Sie fanden heraus, dass die Chiquihuite-Schwarzbären eng mit modernen Bären in Nordamerika verwandt sind, aber auch gemeinsame Vorfahren mit Schwarzbären in Alaska haben. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Chiquihuite-Bären zur östlichen Abstammungslinie gehören und dass diese Abstammungslinie die erste war, die sich von anderen heutigen Populationen amerikanischer Schwarzbären unterschied.
Die DNA der riesigen Kurzgesichtsbären wurde anhand der DNA aller acht modernen Bären der Familie Ursidae sowie dreier ausgestorbener Bären und der drei riesigen Kurzgesichtsbären im Yukon-Territorium zusammengesetzt.
„Die im Norden Mexikos lebenden Kurzgesichtsbären unterschieden sich deutlich von der Population der im Nordwesten Kanadas lebenden [Kurzgesichts-]Bären.“ sagte der Genetiker Mikkel Winther Pedersen der Universität Kopenhagen.
„Dies ist ein hervorragendes Beispiel für das neue Wissen, das plötzlich verfügbar wird, wenn man Genome auf der Grundlage von aus dem Boden extrahierten DNA-Fragmenten rekonstruiert.“
Zusätzlich zu den Bärenfunden, die einige Lücken in unserem Wissen über die Abstammung der Tiere in Amerika schließen, zeigen die Ergebnisse, dass wir jetzt viel mehr aus der Umwelt-DNA herausfinden können, als dies zuvor möglich war, sagten die Forscher.
In Sedimenten gefundene DNA-Fragmente zeigten früher nur, dass und wann eine bestimmte Art vorkam. Mithilfe der Techniken des Teams können Wissenschaftler nun möglicherweise viel mehr über diese Tiere erfahren, beispielsweise darüber, wo sie in ihren Stammbaum passen und wie Tiere migrierten und von ihren gemeinsamen Vorfahren abwichen.
„Auf der ganzen Welt erkannten alle, die sich wissenschaftlich mit der Erforschung antiker DNA befassen, die Notwendigkeit, Genome aus Fragmenten zu rekonstruieren, die im Boden oder Sediment gefunden wurden.“ „Dass wir das zum ersten Mal schaffen, bedeutet, dass wir eine neue Grenze erschlossen haben“, Willerslev sagte .
„Die Analyse der im Boden gefundenen DNA könnte das Potenzial haben, die Erzählung über alles von der Evolution der Arten bis hin zu Entwicklungen in der Welt zu erweitern Klimawandel – Das ist die Mondlandung der Genomik, denn Fossilien werden nicht mehr benötigt.“
Die Forschung des Teams wurde in veröffentlicht Aktuelle Biologie .