Нахождение причины исчезновения мамонтов
Экологическое ДНК и данные о климатических изменениях предполагают, что нехватка растительности привела к массовому вымиранию видов травоядных, включая арктических мамонтов.
Седжал Давла, доктор философии
Седжал Давла — нейробиолог с докторской степенью из Университета Макгилла и рассказчик научных историй. В качестве научного редактора Команды творческих услуг журнала The Scientist она разрабатывает истории о последних исследованиях в области биологии.
Исчезновение мамонтов
«Мамонты не могут вымереть. Они самые большие существа на Земле», — сказал Мэнни, персонаж шершащего мамонта из фильма «Ледниковый период». Но волосатые кузены азиатских и африканских слонов были уничтожены на этой планете около 4000 лет назад. Почему мамонты и другие арктические млекопитающие вымерли в конце последнего ледникового периода, является широко обсуждаемым вопросом. Одна из общепринятых теорий заключается в том, что огонь и развитие орудий, таких как копья, крючки и сети, помогли людям стать первоклассными охотниками, что привело к вымиранию шершащих мамонтов, наземных ленивцев, носорогов и других млекопитающих.
Тем не менее, исследователи также рассматривают изменение климата, утрату среды обитания и вспышки заболеваний как вероятные причины.
В последние годы ученые обратились к экологическому ДНК (eDNA) в вечной мерзлоте и осадках озер по всей Арктике, чтобы глубже понять причины массового вымирания видов. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature и возглавляемом Эске Виллеслевом из Кембриджского университета и Центра геогенетики Фонда Лундбек, было предложено изменить климат как главного виновника, а не людей.
Анализируя последовательности eDNA, собранные с нескольких площадок, ученые восстановили экологическую историю Арктики за последние 50 000 лет. «[eDNA] находятся в различных слоях осадочного профиля, и мы извлекаем ДНК из различных слоев, которые представляют собой различные временные рамки», — сказал ведущий автор Ючэн Ван, научный сотрудник кафедры зоологии Кембриджского университета и приглашенный постдокторский исследователь Копенгагенского университета.
Основываясь на древнем ДНК, сохранившемся в ископаемых мамонтов, Ван и другие ранее считали, что шершащие мамонты вымерли около 10 000 лет назад, возможно, из-за их взаимодействия с людьми. Когда Ван проанализировал eDNA мамонтов из осадков, он сделал удивительное открытие. Оказалось, что мамонты выжили до 3900 лет назад, пересекаясь с людьми в течение 20 000 лет. «Я должен уточнить, что это предисторические люди в очень небольшой популяции, и у них нет оружия… поэтому их способность убивать животных очень ограничена», — сказал он.
Образцы осадочного eDNA по своей природе сложно исследовать, потому что фрагменты ДНК происходят от множества растений, животных и микробных видов. Чтобы установить взаимосвязь между мамонтами и их средой обитания, Ван сосредоточился на растительном осадочном eDNA более чем в 500 образцах, собранных по всей Северной Америке, Азии и Европе. Ван и его коллеги создали базу данных референсных геномов, охватывающую примерно 1500 современных видов растений, чтобы распознать, какая ДНК видов присутствует в замороженных образцах грязи. «Они разработали базу данных специально для арктических растений, и это позволило им идентифицировать гораздо больше, чем действительно было сделано ранее», — сказал Петер Хайнцман, доцент Центра палеогенетики Университета Норвегии, который не принимал участие в исследовании.
Кроме того, Ван и его коллеги использовали моделирование палеоклимата для прогнозирования прошлых климатов и их влияния на растительные виды в Арктике. Они восстановили климатические условия за последние 200 000 лет в Арктике и объединили это с данными о человеческом населении и охватом eDNA животных и растений. «Мы обнаружили, что главным фактором, вызывающим вымирание, является изменение климата, тенденции к потеплению климата, которые привели к изменению растительности», — сказал Ван. Поэтому, когда последние участки растительности в арктической тундре исчезли из-за более теплого климата, мамонты, которые зависели от этой растительности в качестве пищи, также исчезли.
База данных eDNA, использованная в модели Вана, охватывает 50 000 лет, а образцы поступают из множества межконтинентальных площадок, и временная шкала изменений климата и их влияние варьировались между континентами. «Это реальная проблема сочетания таких масштабных пространственно-временных наборов данных. Мы знаем, что то, что происходит, является очень сложным», — сказал Хайнцман.
Смотря в будущее, Ван и его коллеги имеют множество других видов для идентификации в своих образцах eDNA, включая геномы животных, микробов и насекомых. Получение полной картины видов, существовавших на протяжении времени, поможет им понять влияние изменения климата на всю экосистему.