Международная группа исследователей под руководством Института морских и антарктических исследований (IMAS) при Университете Тасмании обнаружила древнюю ДНК в глубоководных отложениях в море Скоша, к северу от Антарктиды. Это открытие дает представление о прошлых изменениях в экосистеме океана и может помочь предсказать, как морская жизнь будет реагировать на происходящие изменения климата.
Антарктида является одним из наиболее уязвимых регионов Земли к изменению климата; Западная Антарктида потеплела на 2,4 ± 1,2°C с 1958 по 2010 год, что делает ее одним из самых быстро нагревающихся регионов в мире. «Понимание того, как организмы в Южном океане реагируют на изменчивость климата, в том числе во время прошлых климатических изменений, поэтому имеет решающее значение для прогнозирования того, как будет развиваться морская экосистема Антарктики в ближайшем будущем«, — объясняют исследователи в журнале .
Генетические следы всех организмов потенциально могут быть сохранены в осадочных породах. До сих пор самая древняя аутентифицированная ДНК осадочных пород происходила из наземных отложений, датируемых примерно 400 000 лет назад, и из субарктических отложений вечной мерзлоты, датируемых примерно 650 000 лет назад. Глубокие полярные морские среды — идеальное место для поиска осадочной ДНК, поскольку там созданы все условия для сохранения этих хрупких материалов: очень низкие температуры и концентрация кислорода, а также отсутствие ультрафиолетового излучения.
Следы прошлых климатических событий
Недавно обнаруженная древняя ДНК получена из образцов осадочных пород, собранных на глубине 178 метров под дном океана в море Скоша во время экспедиции Международной программы океанических открытий в 2019 году. «Эти фрагменты — самая древняя аутентичная ДНК морских осадочных пород, найденная на сегодняшний день«, — говорит доктор Линда Армбрехт, научный сотрудник IMAS и ведущий автор исследования, в котором сообщается об этом открытии.
Используя оптимизированную экстракцию и новую технику анализа осадочной ДНК, исследователи смогли идентифицировать несколько организмов, обитавших в этом океане. Они сообщают об обнаружении осадочной ДНК морских эукариот возрастом не менее миллиона лет и осадочной ДНК диатомовых водорослей и хлорофитов возрастом около 540 000 лет.
Диатомовые водоросли — это вид фитопланктона, составляющий основу многих морских пищевых цепей. Данные ДНК диатомовых отложений показали, что теплые фазы связаны с высокой относительной численностью этих организмов, включая заметный переход около 14 500 лет назад, когда произошел так называемый «Импульс таяния 1А» — событие резкого повышения уровня моря в конце последнего ледникового периода в позднем плейстоцене. Во время этого события уровень воды поднялся бы на 20 метров менее чем за 500 лет.
До этого события диатомовые водоросли составляли менее 10% всех эукариот, в то время как после этого они составляли около 50%.
К изучению морских экосистем в течение нескольких ледниково-межледниковых циклов
«Это интересное и важное изменение, которое связано с быстрым глобальным повышением уровня моря и массовой потерей льда в Антарктиде из-за естественного потепления«, — добавил доктор Майкл Вебер из Института геонаук Боннского университета и соавтор исследования. Потепление, очевидно, вызвало увеличение продуктивности океанов вокруг Антарктиды.
Согласно проведенным анализам, возраст двух из взятых образцов может достигать 2,5 миллионов лет! Однако исследователи с осторожностью относятся к этой оценке, поскольку даже при идеальных условиях хранения древняя ДНК вряд ли сохранится более миллиона лет.
Тем не менее, данное исследование демонстрирует, что инструменты анализа ДНК морских отложений — которые позволяют нам точно определить, какие организмы жили в океанах в прошлом и когда — могут быть расширены до сотен тысяч лет, открывая путь для изучения экосистемных океанических изменений и фаз палеопродуктивности в течение нескольких ледниково-межледниковых циклов.
Эти периоды естественного изменения климата, зафиксированные в осадочных фрагментах ДНК, могут также дать представление о текущем и будущем антропогенном потеплении климата и о том, как экосистема может на него отреагировать.