科学者チームが、グリーンランド最北端の永久凍土で発見された、これまでで最も古いDNAの配列を解析しました。このDNAは200万年前のもので、これまでの最古のDNAの記録を100万年も上回りました。
遺伝物質は、ピアリーランドにあるコペンハーゲン層から採取された41個の堆積物サンプルから採取されました。現在、この地域は砂丘に覆われた極地砂漠で、ジャコウウシと地衣類以外にはほとんど生息していませんが、遠い昔には温帯林でした。研究チームの分析によると、そこには（誰もが驚いたことに）マストドンを含む多くの獣が生息していました。マストドンはこれまでこれほど北の地には生息していないと考えられていました。
「DNAを回収した時に、非常に異なる生態系が現れたことにとても興奮しました」と、ケンブリッジ大学の進化遺伝学者でこの研究の共著者であるエスケ・ウィラースレフ氏は今週開かれた記者会見で語った。
これまで知られている最古のDNAの記録は、ウランゲル島で発見された100万年前のマンモスの歯から得られました。この島では、毛深い長鼻類が約4000年前に絶滅するまで生息していました。今回新たに記録されたのは、特定の動物ではなく、鮮新世から更新世への移行直後にグリーンランドに生息していた生物の生態系全体を浮き彫りにするものです。研究チームの研究は本日、ネイチャー誌に掲載されました。
これらのサンプルは環境DNAと呼ばれるもので、古代生物の骨や歯から抽出されたものではなく、環境サンプル（今回の場合は凍結堆積物）から採取されたものです。環境DNA（略してeDNA）には、ある環境に存在する多くの生物の遺伝物質が含まれており、それらの生物は毛を落とし、鼻水を吹き、排泄することで、その地域に存在した証拠を残します。
eDNA（古代と現代の両方）は、鳥類、昆虫、菌類などあらゆる生物の生態を網羅した有機的なタブロー（表象）を研究者に解き明かす手がかりとなります。化石に頼ることなく、動物の古代の存在を明らかにすることができます。古生物学以外では、eDNAはザリガニやフクロネコのように絶滅危惧種や、生息環境での発見が難しい動物の追跡に特に役立ちます。
しかし、DNAは気まぐれな分子です。形態、行動、そして種の関係を規定する遺伝情報を担っていますが、その繊細な情報は環境が許す限りしか存在し得ません。一般的に、保存されたDNAは、湿潤で温暖な地域よりも、乾燥して寒冷な地域の方が見つかる可能性が高いのです。
数百万年前、グリーンランドの北端は、その国名から想像される通り、緑豊かで活気に満ちていました。しかし、当時は寒冷化の過程にありました。ある時、沿岸林の土壌が河口に流れ込み、そこに堆積しました。土壌中のDNAは粘土や石英などの鉱物に吸着し、有機分子の保存に役立ったと考えられます。
200万年にわたる気候と地質の変化を早送りし、科学者チームはボトルからのメッセージのように、古代の森林環境の詳細を明らかにすることに成功しました。
「微化石から、そこに木々、つまりある種の森があったことは知られていましたが、DNAによってさらに多くの分類群を特定できるようになりました」とウィラースレフ氏は付け加えた。マストドンの存在は「衝撃的だった」と彼は述べた。
コペンハーゲン湾は荒涼とした風景ですが、遺伝子レベルを超えて、太古の昔を彷彿とさせる痕跡が今も残っています。枯れた枝はグリーンランドの太古の森の証であり、永久凍土が解けると、200万年前の苔が時折姿を現します。
「古代のDNAサンプルは、2万年かけて堆積した堆積物の奥深くに埋もれていた状態で発見されました」と、コペンハーゲン大学の地質学者、カート・H・ケアー氏はケンブリッジ大学の発表で述べた。「堆積物は最終的に氷や永久凍土の中に保存され、そして重要なのは、200万年もの間、人間によって乱されることがなかったことです。」
研究者らが古環境のeDNAを収集し、最終的に分析するのに16年かかった。eDNAは、2006年、2012年、2016年にコペンハーゲン湾の5か所で採取された堆積物サンプル41個から得られたものである。
その後、科学者たちはサンプルから採取したeDNA配列をデータベース内の参照ゲノムと比較し、そこに生息する動物や植物を調べた。
研究者たちは、コペンハーゲン湾が現在のグリーンランドよりもはるかに温暖な北方林環境であったことを示唆する植物と動物のDNAを発見しました。「もちろん、（新たなDNA年代測定結果によって）はるかに過去に遡ることができるのは重要ですが、同時に、遡ることができる時代でもあるのです」とウィラースレフ氏は述べています。「地球温暖化によって私たちが直面すると予想される気候と非常によく似ています。」
このように、研究者たちは、コペンハーゲン湖の古環境データが、急速に温暖化する世界に現代の種がどのように適応するかについての手がかりを与えてくれるかもしれないと考えている。
気候記録によると、この地域の平均気温は現在よりも華氏51.8度から66.2度高かったことが示されています。当時ははるかに温暖で、動植物が豊かに栄えていました。実際、この環境は現代に匹敵するものではなく、北極圏の種が温帯の種と共存していました。
研究チームが発見した種の中には、ポプラ、シラカバ、スギなどの樹木や、マストドン、トナカイ、げっ歯類、ガチョウなどの動物が含まれていました。マストドンは北米で最もよく知られているケナガマンモスの近縁種ですが、明らかにはるかに北の地まで到達していたようです。
「これは明らかに画期的な素晴らしい研究だと思います。結果も非常に素晴らしいです！グリーンランド北部にマストドンがいるというのは、まさに衝撃的な発見です！」と、スウェーデン自然史博物館の進化遺伝学者で、この論文とは無関係のラブ・ダレン氏はギズモードへのメールで述べた。ダレン氏は昨年、マンモスの臼歯から100万年前のDNAを発見したチームの一員だった。
「この研究は、堆積物から回収できるDNAの古さに関するこれまでの認識を間違いなく覆すものです」とダレン氏は付け加えた。（堆積物から回収されたDNAの最古の記録は、デニソワ洞窟で発見された約25万年前のヒト科のDNAだった。）
興味深いことに、研究チームは200万年前の土壌からカブトガニ、サンゴ、藻類のDNAも検出しました。これは、採取された土壌が、海洋生物が生息する沿岸の河口に流れ着いたことに起因しています。土壌が海に流された際、海洋生物のDNAは多様な環境DNAカクテルの一部となりました。その後、土壌は永久凍土となり、遺伝物質はその中に保存されました。
eDNAは、環境に存在する種を完全に反映するものではありません。研究者たちは、配列解析において肉食動物は発見されませんでした。これは地上では考えられない状況です。研究チームは、この不在の原因を、環境中に生息していた頂点捕食者のバイオマスが低いことに起因するものとしています。ウィラーズレフ氏は、それらの頂点捕食者は「おそらくマストドンやトナカイを捕食していた何かだろう」と推測しました。
研究チームのサンプルからは、細菌や真菌を含む、より多くの分類群がマッピングされる予定です。最近配列決定されたDNAは、石英結晶や粘土に付着することで寿命が延びた可能性があるため、ウィラースレフ氏は、適切な環境条件が整えば、はるか南のアフリカの遺跡でも古代DNAが見つかる可能性があると付け加えました。
この発見は、さらに古い遺伝子サンプルが見つかるかもしれないという希望をもたらしました。それは一体どれくらい古いものなのでしょうか？記者会見でウィラースレフ氏は、「2倍古いものまで遡れる可能性もある」と述べつつも、「保証はできません」と付け加えました。
研究チームは深海環境DNAサンプルの収集を計画しています。カップ・コペンハーゲンのサンプルに使用された技術を応用することで、科学者たちは北極圏から遠く離れた古環境の秘密と、そこに生息する生物の全容を解明できる可能性があります。
続き：科学者は空気中のDNAを採取するだけで動物園にいた動物を特定した
