Un ADN vieux de 2 millions d’années, le plus ancien jamais trouvé, révèle un écosystème ancien

Dès 2006, Eske Willerslev et les membres de son laboratoire se sont aventurés dans le nord du Groenland avec une foreuse, extrayant des carottes de sédiments de la formation de Kap København. Ils cherchaient de l’ADN environnemental, ou eDNA, dans leurs noyaux – des pièces de puzzle qui pourraient aider à brosser un tableau des plantes et des animaux présents dans la région il y a 2 millions d’années.

Mais pendant très longtemps, ils sont revenus les mains vides. « Chaque fois que nous avions des améliorations en termes d’extraction d’ADN ou de technologie de séquençage, nous revoyions ces échantillons », a déclaré Willerslev, généticien évolutionniste à l’Université de Cambridge, lors d’un point de presse mardi.

Quoi qu’il en soit, les chercheurs n’ont pas réussi à obtenir ce qu’ils cherchaient. La malchance a vu les membres du laboratoire se tourner vers l’occultisme pour une explication; ils ont nommé leurs problèmes « la malédiction de la formation de Kap København ».

Mais avec des améliorations constantes dans les technologies d’extraction et de séquençage de l’ADN, la malédiction a finalement été brisée.

Mercredi, l’équipe. Ils ont pu séquencer l’ADNe de 41 échantillons de sédiments, collectés en 2006, 2012 et 2016 dans la formation de Kap København et non perturbés par l’homme pendant 2 millions d’années. Leurs analyses ont révélé qu’une forêt luxuriante remplie de rennes, de lièvres, de mastodontes et d’une grande variété de flore se trouvait autrefois dans ce qui est maintenant un désert polaire gris et terne.

Willerslev, un généticien pionnier qui a déjà récupéré l’ADNe à partir de carottes de glace et montré qu’il pouvait survivre dans les glaciers, a noté que la « percée » reposait sur l’expertise, les progrès des techniques de séquençage génétique et la bioinformatique.

Histoire dans le sol

L’ADN, qui porte les instructions pour la vie, n’est pas une molécule particulièrement robuste. Les liens qui le maintiennent ensemble sont faibles et, avec le temps, ils se décomposent.

C’est pourquoi, même si nous avons une abondance de fossiles de dinosaures, nous n’avons pas d’ADN de dinosaure. Les bêtes se sont éteintes il y a 66 millions d’années, et l’ADN ne survivrait tout simplement pas aussi longtemps.

Lorsque l’ADN se dégrade, les brins d’information autrefois longs se séparent en morceaux de plus en plus petits. Il devient presque impossible de reconstituer ces fragments dans la bonne configuration, surtout s’ils sont mélangés à beaucoup d’autres ADN de l’environnement.

Pensez à l’ADN comme à un livre. Disons Alice au pays des merveilles. Si vous avez tout le livre, vous pouvez comprendre l’histoire. Mais s’il vous manque quelques pages, vous ne comprendrez peut-être pas d’où vient le lapin blanc ou pourquoi Alice s’est retrouvée à un goûter avec le chapelier fou. S’il vous manque beaucoup de pages, vous ne pouvez probablement même pas dire quelle était l’histoire au départ. Alice ? Qui c’est? Et pourquoi mesure-t-elle 10 pieds de haut ?

C’est le problème de travailler avec de l’ADN ancien. Vous pourrez peut-être récupérer de petits fragments d’ADN, mais il est généralement trop fragmenté pour pouvoir dire d’où il vient – et certainement trop fragmenté pour comprendre d’où il vient.

Mais dans certaines circonstances, des fragments d’ADN peuvent survivre longtemps.

« Le ‘temps de survie’ de l’ADN dans l’environnement est incroyablement variable et fortement dépendant de l’environnement lui-même », note Michael Knapp, écologiste et généticien à l’Université d’Otago en Nouvelle-Zélande.

Auparavant, le plus ancien ADN jamais récupéré provenait de fossiles de mammouths trouvés dans le pergélisol sibérien. Dans un article de Nature en 2021, des chercheurs ont montré que l’ADN des dents de mammouth avait potentiellement environ 1,6 million d’années. L’ADN récupéré a été brisé en petits fragments mais ils n’ont pas été tellement dégradés qu’ils n’ont pas pu être reconstitués. La température froide du pergélisol y a certainement contribué.

C’est une histoire similaire dans la nouvelle étude.

Willerslev et ses collaborateurs postulent que la longue durée de survie de l’ADN dans leurs carottes de sédiments était possible pour deux raisons. Le premier est la température froide constante du désert polaire. La seconde est la façon dont l’ADN est lié aux minéraux dans les noyaux, empêchant la dégradation sur des échelles de temps plus longues. L’idée est que ces surfaces minérales empêchent les enzymes de décomposer l’ADN.

Karina Sand, géochimiste à l’Université de Copenhague et co-auteur de l’article, a expliqué que l’un des progrès technologiques qui a permis cet exploit était l’extraction d’ADN à partir de minéraux d’argile et de quartz. Ce dernier a fourni une abondance d’ADN, mais le premier était plus difficile à extraire du bon ADN. Heureusement, cela laisse la porte ouverte à une extraction d’ADN encore plus ancienne.

« Si nous pouvons mieux extraire l’ADN des minéraux argileux, nous pensons pouvoir remonter plus loin dans le temps avec l’ADN », a-t-elle déclaré.

L’équipe de recherche a pu extraire l’ADN des carottes de sédiments et commencer à lire les fragments survivants. Ces fragments ont ensuite été comparés à une base de données de génomes (séquences complètes d’ADN) de plantes et d’animaux modernes, à la recherche de correspondances ADN. Au fil du temps, ils ont pu remplir les pages blanches de l’histoire, démontrant l’écosystème florissant de l’ancien Groenland.

L’ancienne forêt du Groenland

Il y a deux millions d’années, le Groenland était un endroit différent.

« L’écosystème de Kap København, qui n’a pas d’équivalent actuel, existait à des températures considérablement plus élevées que celles que nous avons aujourd’hui », a noté Mikkel Pederson, généticien au Lundbeck Foundation GeoGenetics Centre, dans un communiqué de presse.

Dans le nord du Groenland, les températures moyennes pendant cette période étaient probablement supérieures de plus de 11 degrés Celsius (environ 20 degrés Fahrenheit) à ce qu’elles sont aujourd’hui. Des études antérieures à Kap København ont montré qu’il abritait une forêt boréale, mais l’ADNe extrait et analysé dans la nouvelle étude fournit une réinvention complète de la région, en ajoutant de la mégafaune et une grande variété de plantes.

L’ADN de mammifère principal trouvé dans les noyaux est sans aucun doute le mastodonte – qui connaît un moment grâce aux médias sociaux. Certains des eDNA trouvés correspondaient à la famille des Elephantidae, qui comprend les éléphants, les mammouths et les mastodontes. Il semble que les mastodontes aient parcouru le Groenland il y a 2 millions d’années, bien que les chercheurs notent que les preuves ne sont pas extrêmement solides et sont basées sur des correspondances ADN relativement faibles.

L’équipe a également trouvé de l’ADN lié aux rennes, aux lièvres et aux lapins, ainsi qu’à la sous-famille d’animaux qui comprend les lemmings, les campagnols et les rats musqués. Notamment absent, cependant, est l’ADN des carnivores. Les chercheurs suggèrent que cela est dû à leur biomasse relativement faible par rapport aux herbivores. « C’est essentiellement un jeu de chiffres », a déclaré Willerslev.

L’une des découvertes d’ADN les plus intrigantes est celle du crabe fer à cheval de l’Atlantique. L’espèce ne se trouve plus à ces latitudes septentrionales, et les auteurs suggèrent que cela pourrait signifier que Kap København a connu des températures de surface de la mer plus chaudes il y a 2 millions d’années. , et la découverte de l’ADN du crabe en fer à cheval apporte un soutien supplémentaire à cette hypothèse.

Les températures plus chaudes sont essentielles. Plusieurs auteurs de l’article ont réitéré l’importance de comprendre un écosystème comme celui-ci, compte tenu des effets du réchauffement climatique. Il y a deux millions d’années, le climat changeait et l’eDNA montre que les espèces arctiques vivaient avec des espèces qui aimaient les climats beaucoup plus chauds. Cela aide les scientifiques à comprendre comment la nature s’adaptait à ces changements et, dans les signatures ADN, il peut y avoir des indices sur la façon dont nous pourrions aider la faune et la flore modernes à survivre aux fluctuations climatiques extrêmes.

L’une des limites importantes de l’étude de l’ADNe est que les scientifiques doivent postuler sur les types d’espèces qui vivaient à l’époque. Knapp note que des espèces anciennes étroitement apparentées pourraient vous donner une correspondance ADN, mais c’est « quelque peu inexact » – cela fournit une approximation de ce qui existait. Nous ne pourrons peut-être attribuer l’ADN qu’au niveau de la famille ou de l’ordre, nous ne pouvons donc pas savoir exactement ce qui parcourait la forêt boréale du Groenland il y a 2 millions d’années.

Même ainsi, la récupération d’ADN aussi ancien ouvre une nouvelle fenêtre sur la Terre préhistorique, une voie permettant aux scientifiques et aux chercheurs de sonder les écosystèmes qui existaient bien avant que les humains ne soient là. L’équipe se rendra dans le nord du Canada pour extraire des carottes l’année prochaine et espère remonter encore plus loin dans le temps.

La méthode d’extraction peut même se prêter à la recherche d’ADN dans des climats plus humides à travers le monde, comme en Afrique et en Australie.

« Si nous pouvons commencer à explorer l’ADN ancien des grains d’argile d’Afrique, nous pourrons peut-être recueillir des informations révolutionnaires sur l’origine de nombreuses espèces différentes – peut-être même de nouvelles connaissances sur les premiers humains et leurs ancêtres », a déclaré Willerslev dans un déclaration.

« Les possibilités sont infinies. »

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