Stenalder-bjørne pissede i en mexicansk klippehule: Ud fra en sjat kan danske forskere rekonstruere dyrets DNA

Billede: Assistant professor Mikkel Winther Pedersen with team members carefully sampling the different cultural layers in the cave

Resultatet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Current Biology – og det peger på markant udvidede muligheder for at studere evolution inden for dyr, planter og mikroorganismer.

Forskere fra universiteter verden over har de seneste ti år ligget i intens kappestrid om at komme først over målstregen i konkurrencen om at genskabe urgamle genomer ud fra avancerede analyser af jordprøver:

Altså rekonstruere arvemassen fra dyr, planter og mikroorganismer– i princippet hele genomet – fra basis af mikroskopiske stykker DNA, som kan have ligget i jorden helt siden stenalderen. Eller endnu længere.

Nu er vinderholdet fundet, og deres arbejde er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Current Biology.

Der er tale om en international forskergruppe under ledelse af professor Eske Willerslev og lektor Mikkel Winther Pedersen, begge fra Lundbeck Foundation Geogenetics Centre ved Københavns Universitet (KU).

Projektet tæller desuden forskere fra USA, Storbritannien, Canada, Mexico, Norge og Kina.

Og det har virkelig været en årelang og benhård kappestrid, fortæller professor Eske Willerslev:

”For over alt i verden har alle, der beskæftiger sig videnskabeligt med gammelt DNA – ancient DNA - været klar over, at spørgsmålet om at rekonstruere genomer ud fra fragmenter af fortidigt arvemateriale trængte sig på. Kunne man gøre det – og det er det, vi viser er muligt – åbner der sig pludselig enorme muligheder”.

Disse muligheder opstår, fordi man ved at arbejde med stærkt fragmenteret arvemasse fra jordprøver taget i huler eller måske på stenalderbopladser er ude over afhængigheden af skulle bruge prøver fra fx knogler eller tænder for at få adgang til tilstrækkelige mængder arvemasse til at genskabe en fortidig DNA-profil.

”Og hertil kommer”, forklarer Eske Willerslev, ”at avancerede analyser af fragmenteret DNA i jord fremover kan udvide fortællingen om alt fra arters evolution til udviklinger inden for klima”.

 

Lektor Mikkel Winther Pedersen, der er førsteforfatter på holdets artikel i Current Biology, ser den nye metode som en ”helt ny æra” i populationsgenetik:

”Hidtil har studier af ancient DNA jo haft klare begrænsninger. Man kunne ud fra fragmenteret DNA fra en jordprøve kun se, om en bestemt art i sin tid levede på en lokalitet, men man fik ingen specifikke oplysninger om det pågældende individ. Og dermed kunne man fx heller ikke sammenligne individet med nulevende individer af samme art. Det kan vi nu. I vores artikel kan vi fx for første gang offentliggøre en DNA-profil af en amerikansk sortbjørn, som i stenalderen levede i en bjerghule i det nordlige Mexico. Jeg synes ikke det er at tage munden for fuld at sige, at muligheden for at trække den type information ud af en jordprøve på få gram med al sandsynlighed vil revolutionere vores felt”, siger Mikkel Winther Pedersen.

I hulen

Den mexicanske hule spillede sidste år en helt central rolle i en videnskabelig artikel i Nature, som Eske Willerslev og Mikkel Winther Pedersen også stod bag:

Og Chiquihuite, som hulen hedder, er på flere måder fascinerende - Den ligger i det nordlige Mexico, 2.750 meter over havets overflade, højt oppe på en bjergskråning, hvorfra der er en storslået udsigt over en dal.

Det kræver noget af en klatretur at komme helt derop, men belønningen venter, for man træder ind i tre sammenhængende ’rum’, som hver måler cirka 50x15 meter, og har en loftshøjde på 20-30 meter.

Hulen er dannet som følge af årtusinders erosion og nedfald fra den bløde kalkstensvæg, og alt dette materiale – plus støv, der er blæst ind fra dalen – har med tiden dannet et tre meter tykt ’gulv’, en søjle af jord og forvitringsprodukter, der har seks lag, som alle kan aldersbestemmes.

I Nature-artiklen fra 2020 kunne forskerne blandt andet vise, at de første mennesker har været i Chiquihuite-hulen for omkring 30.000 år siden. Det kunne man se, fordi der i et uberørt lag med denne datering blev fundet flinteredskaber – og det fund påvirkede i høj grad tidspunktet for menneskets indvandring til Amerika, idet videnskabens dokumentation for den tidligste indvandring til kontinentet hidtil blot gik cirka 15.000 år tilbage.

De genomer, det lykkedes os at skabe, kunne pludselig fortælle en meget detaljeret historie.

Der blev ikke konstateret humant DNA i forbindelse med de udgravninger i hulen, der dannede grundlag for Nature-artiklen sidste år. Men der kan sagtens dukke humant DNA fra stenalder-mennesker op, når forskerne på Lundbeck Foundation Geogenetics Centre får analyseret de flere hundrede jordprøver fra hulen, de har liggende i fryserne på KU.

Til gengæld viste Nature-artiklen fra 2020, at forskerne i deres jordprøver – foruden DNA fra bl.a. mus og andre gnavere – også fandt stenalder-DNA fra amerikansk sortbjørn, som er en nulevende art, og fra den uddøde art kortansigtet bjørn (Arctodus simus).

Kortansigtet bjørn, som holdt til i Nordamerika og uddøde for omkring 12.000 år siden, var et kæmpe rovdyr – den var næsten to meter høj, når den stod på alle fire, og kunne veje op mod 1.000 kilo.

”Bjørne-DNA’et fra jordprøverne i hulen kom til at spille en helt central rolle, da vi skulle prøve at rekonstruere genomer af de to arter i forbindelse med den artikel, vi netop har fået offentliggjort i Current Biology”, fortæller Eske Willerslev:

”For de genomer, det lykkedes os at skabe, kunne pludselig fortælle en meget detaljeret historie. Den viste for amerikansk sortbjørns vedkommende bl.a., at den eller de sortbjørne, som i sin tid levede i Chiquihuite-hulen, var blandt forfædrene til den nulevende bestand af amerikanske sortbjørne, der findes i det østlige Nordamerika”.

Og hvad kortansigtet bjørn angår, så kunne forskerne – ved at sammenligne det rekonstruerede stenalder-DNA fra hulen med en DNA-profil udvundet af en mindst 20.000 år gammel knogle fra arten fundet i det nordvestlige Canada – se noget påfaldende, fortæller Mikkel Winther Pedersen:

”Den bestand af kortansigtede bjørne, som levede i det nordlige Mexico, adskilte sig nemlig på flere måder markant fra den bestand af kortansigtede bjørne, der levede i det nordvestlige Canada. Og det er faktisk et godt eksempel på den nye viden, som pludselig bliver tilgængelig, når man kan rekonstruere genomer på basis af DNA-fragmenter i jorden”.

Hår, urin, aføring

Men hvor kommer disse DNA-fragmenter i jorden fra – og hvordan dannes de?

Der kan være en række forskellige kilder, men især hår, urin og afføring spiller en vigtig rolle – de bidrager alle med genetisk materiale, som under de rette omstændigheder altså kan bestå i langt over 10.000 år, forklarer Eske Willerslev:

”Når et dyr eller et menneske udskiller afføring eller urin, ryger der celler fra organismen med. Det er bl.a. fragmenter af DNA fra disse celler, vi kan opspore i jordprøver, og ved hjælp af meget kraftige sekventeringsteknikker er det altså nu blevet muligt at rekonstruere genomer – genetiske profiler – ud fra sådanne fragmenter”.

Fragmenter af den art dem vil man kunne finde mange steder, især i tørre og i kolde klimaer - fugt og varme har nemlig en tendens til ret hurtigt at nedbryde DNA.

Taler man om danske forhold, er det realistisk at forvente, at man vil kunne finde fragmenteret DNA fra både dyr, mennesker, planter og mikroorganismer på mange tidligere stenalderbopladser, vurderer Eske Willerslev, og tilføjer:

”Tænk, hvad de spor vil kunne fortælle. Jeg synes, at det er lidt vildt – og også fascinerende - at tænke på, at tilbage i stenalderen gik bjørnene og pissede og sked i Chiquihuite-hulen og efterlod sig på den måde spor, som vi kan analysere i dag”.

 

_{DOI: 10.1016/j.cub.2021.04.027}