Le plus ancien ADN du monde découvert, révélant une ancienne forêt arctique pleine de mastodontes

Le plus vieil ADN jamais récupéré a révélé un remarquable écosystème vieux de deux millions d’années au Groenland, dont la présence d’un explorateur improbable : le mastodonte.

L’ADN, trouvé enfermé dans des sédiments dans une région appelée Peary Land à l’extrême nord du Groenland, montre à quoi ressemblait la vie à une période beaucoup plus chaude de l’histoire de la Terre. Le paysage, qui est maintenant un rude désert polaire, abritait autrefois des arbres, des caribous et des mastodontes. Certaines des plantes et des animaux qui y prospéraient se trouvent maintenant dans les environnements arctiques, tandis que d’autres ne se trouvent plus que dans les forêts boréales plus tempérées. « Ce que nous voyons est un écosystème sans analogue moderne », déclare Eske Willerslev, généticien évolutionniste à l’Université de Cambridge et auteur principal de l’étude, qui a été publiée dans La nature.

Jusqu’à présent, le plus ancien ADN jamais récupéré provenait d’une dent de mammouth vieille d’un million d’années. L’ADN le plus ancien jamais trouvé dans l’environnement – plutôt que dans un spécimen fossile – avait également un million d’années et provenait de sédiments marins de l’Antarctique. L’ADN ancien récemment analysé provient d’une formation rocheuse riche en fossiles de Peary Land appelée Kap København, qui préserve les sédiments de la terre et d’un estuaire peu profond côté océan. La formation, que les géologues avaient précédemment datée d’environ deux millions d’années, a déjà livré un trésor de fossiles de plantes et d’insectes, mais presque aucun signe de mammifères. L’analyse ADN révèle désormais 102 genres de plantes différents, dont 24 qui n’ont jamais été trouvés fossilisés dans la formation, et neuf animaux, dont des limules, des lièvres, des oies et des mastodontes. C’était «époustouflant», dit Willerslev, car personne ne pensait que les mastodontes allaient aussi loin au nord.

« Cela brosse un tableau de tout ce qui était présent dans cet écosystème, et c’est vraiment incroyable », déclare Drew Christ, chercheur postdoctoral au Gund Institute for Environment de l’Université du Vermont, qui étudie l’histoire des régions polaires de la Terre mais n’a pas été impliqué. dans la recherche.

Les chercheurs ont reconstruit l’ancienne terre de Peary à l’aide de fragments d’ADN désincarnés. Chaque fois que la feuille d’un arbre tombe ou qu’une personne perd un peu de peau ou qu’un lapin meurt et se décompose dans un pré, des fragments d’ADN peuvent pénétrer dans l’environnement. La plupart de ces fragments, appelés ADN environnemental (eDNA), se dégradent rapidement. Mais dans les bonnes conditions chimiques, les molécules d’ADN peuvent se lier aux sédiments. Cela les empêche d’être rongés par les enzymes, explique la co-auteure de l’étude, Karina Sand, géobiologiste moléculaire au Globe Institute de l’Université de Copenhague.

Les chercheurs ont commencé à collecter des sédiments de Peary Land en 2006, mais il a fallu des années pour que la technologie rattrape leurs ambitions. « Chaque fois que nous avons eu des améliorations en termes de technologie d’extraction et de séquençage de l’ADN, nous avons essayé de revoir ces échantillons – et nous avons échoué, et nous avons échoué », déclare Willerslev. Pendant des années, l’équipe n’a pas été en mesure d’extraire l’ADN utilisable des échantillons.

Enfin, il y a quelques années, les chercheurs ont enfin réussi à extraire de l’ADN fortement endommagé. Ils ont ensuite pu comparer les fragments d’ADN avec les génomes d’espèces modernes. Des similitudes dans les séquences ont révélé que certaines des espèces qui ont laissé l’ADN faisaient partie des ancêtres des espèces modernes.

Il y a deux millions d’années, le site de Kap København aurait été un littoral boisé où une rivière se jetait dans un estuaire, explique Willerslev. La rivière a transporté des fragments d’ADN de la terre vers le milieu marin, où ils ont été préservés. C’est pourquoi les chercheurs ont trouvé des preuves de crabes en fer à cheval – une famille qui vit beaucoup plus au sud aujourd’hui – aux côtés de l’ADN du caribou. Ils ont également trouvé des preuves de coraux, de fourmis, de puces et de lemmings.

La vie végétale dominant ce paysage comprenait le saule et le bouleau, que l’on trouve aujourd’hui dans le sud du Groenland. Cependant, il y avait aussi des arbres que l’on ne trouve plus que dans les forêts plus tempérées, comme le peuplier et le cèdre, explique le co-auteur de l’étude, Mikkel Pedersen, géographe physique à l’Université de Copenhague. Les températures auraient été en moyenne de 11 à 19 degrés Celsius plus élevées qu’aujourd’hui. Mais le Groenland se trouvait à la même latitude qu’aujourd’hui, ce qui signifie que cet ancien paysage a été plongé dans l’obscurité 24h/24 et 7j/7 pendant près de la moitié de l’année. Le fait que la vie végétale puisse survivre malgré de longues périodes sans soleil témoigne de la puissance de l’adaptation évolutive, dit Willerslev.

Les groupes d’organismes vivant au Groenland il y a deux millions d’années ont également pu survivre et produire des descendants, comme le caribou moderne, qui vit maintenant dans des conditions arctiques beaucoup plus froides. L’étude des séquences génétiques de ces animaux anciens pourrait révéler des adaptations qui pourraient aider les espèces arctiques à survivre au changement climatique d’origine humaine d’aujourd’hui, explique Willerslev.

Les chercheurs ne savent pas combien de temps l’ADN environnemental peut rester intact dans les sédiments. Willerslev dit qu’il ne serait pas surpris de trouver des fragments vieux de quatre millions d’années. Il pourrait y avoir d’autres endroits sur Terre où l’ADN ancien peut aider à découvrir comment les écosystèmes ont changé à mesure que le climat oscillait, déclare Linda Armbrecht, chercheuse au Centre australien pour l’ADN ancien de l’Université d’Adélaïde, qui a dirigé l’étude qui a découvert des millions d’années- vieil ADN dans les sédiments antarctiques et n’a pas été impliqué dans le nouvel article de Willerslev et de ses collègues.

« Nos deux études ont recherché de l’ADN dans des environnements froids : le Groenland et l’Antarctique », explique Armbrecht. « Rechercher de l’ADN dans des environnements et des sédiments ayant des propriétés favorables à la conservation de l’ADN (y compris, par exemple, des températures froides, une minéralogie spécifique) semble être la clé pour déterminer jusqu’où dans le temps cet ADN peut être conservé et détecté. »