Forskere bruker eldgammelt DNA til å rekonstruere biodiversitet i Arktis

Klimaendringer som gir økende temperaturer, avtagende sjøisdekke, tilbaketrekking av isbreer og tilknyttede endringer i hydrografi, forårsaker raske endringer i miljøforholdene i Arktis. Forskningsgruppen Molekylær økologi og paleogenomikk ved NORCE er interessert i hvordan disse endringene har påvirket den marine biodiversiteten.

De fleste studiene som har sett på effekten av miljøendringer på biodiversitet har forsket på større organismer. Våre forskere studerer nå små organismer, som marine mikrober eller plankton, for å se hvor følsomme de er for endringer og hvordan de kan bli påvirket.

Sedimentært eldgammelt DNA

Seniorforsker Agnes Weiner forklarer at marine sedimentarkiver som inneholder informasjon om fortidens klima, miljø og geologiske forhold brukes til å studere hvordan organismer har reagert på endringer over svært lange tidsperioder (fra tiår til tusenvis av år). Denne kunnskapen kan brukes til å få en bedre forståelse av hvordan organismene kan påvirkes i fremtiden. Imidlertid har rekonstruksjoner av biodiversitet inntil nylig vært begrenset til hva man kan lese ut av fossiler fra ulike tidsperioder. Nå har våre forskere et nytt verktøy for å studere fortidens biodiversitet - sedimentært eldgammelt DNA. Dette er miljø-DNA fra enhver organisme som har levd i det marine økosystemet på det aktuelle stedet.

På et tidspunkt synker organismenes DNA ned til havbunnen og blir bevart i sedimentet. Hvis vi drar ut og samler inn sedimentkjerner, kan vi trekke ut dette DNAet igjen fra sedimentlagene og bruke det som et grunnlag (en proxy) for å rekonstruere tidligere tiders biodiversitet. Samtidig kan vi bruke tradisjonelle paleoøkologiske proxyer, som isotoper, for å rekonstruere historiske miljøforhold. Hvis vi deretter slår sammen historiske miljøforhold og -biodiversitet, kan vi få en god forståelse av hvordan miljøendringer gjennom tidene har påvirket biodiversiteten over tid, forklarer Weiner.

Kjerneprøver fra Hinlopen-stredet

Gruppen har flere forskningsprosjekter som bruker sedimentært eldgammelt DNA for studier av historisk klima og biodiversitet, hovedsakelig i polarområdene, finansiert av Norges forskningsråd og European Research Council. I prosjektet "NEEDED" utvikler Weiner og kollegaene Stijn De Schepper, Tristan Cordier og Margit H. Simon denne metoden for Arktis sammen med forskere fra Institutt for oseanologi ved det polske vitenskapsakademiet (IO PAN). De har studert et område som ligger på den nordlige kysten av Svalbard utenfor Hinlopenstredet. Dette området har historisk sett vært eksponert for både Atlanterhavet og vanntilførsel fra Arktis, og påvirket av endringer i sjøisforholdene.

Forskerne hentet to forskjellige kjerner fra dette området, en fem meter lang gravitasjonskjerne som dekker de siste 10 000 år før nåtid og en halv meter lang kjerne som dekker de siste tusen årene.

De første analysene viser at klimaet i denne regionen har vært relativt stabilt over de siste 10 000 årene med noe temperaturfall og noe mer sjøis. En sniktitt på eldgammelt-DNA tilsier at biodiversiteten sannsynligvis også var stabil, men dybdeanalyser er ennå ikke fullført, sier Weiner.

Rekonstruksjoner av eldgammelt DNA inkluderer ofte et bredt mangfold av mikroalger, men det kan også være spor av bløtdyr som ormer og maneter. Fordelen med å bruke denne metoden er at man også kan se organismer som vanligvis ikke etterlater seg en tradisjonell fossilrekke, og på denne måten få et mer fullstendig bilde av det marine livet.