Um Informationen über Tiere und Pflanzen der Vergangenheit zu bekommen, waren Forscher lange auf die Untersuchung von Fossilienfunden angewiesen: Knochenreste oder Überbleibsel von Pflanzenstrukturen gaben Hinweise. Doch mittlerweile hat eine neue Technik in die Forschung Einzug gehalten, die auf eine alternative Weise Einblicke liefern kann: die Untersuchung von fossiler DNA. Das Verfahren beruht darauf, dass sich genetisches Material unter bestimmten Umständen lange erhalten kann. Aus Knochenfunden gewonnenes Erbgut hat dabei bereits wichtige Einblicke in die Entwicklungsgeschichte des Menschen und anderer Lebewesen ermöglicht. Den bisherigen Altersrekord für fossile DNA bildete dabei das rund eine Million Jahre alte Erbgut, das Forscher einem sibirischen Mammutknochen entlockt haben.
Es hatte sich zudem bereits gezeigt, dass DNA nicht nur in Körpergeweben erhalten geblieben sein kann: Auch sogenannte Umwelt-DNA kann in Sedimenten längere Zeit überdauern. Es handelt sich dabei um genetisches Material, das Lebewesen über Ausscheidungen, Hautschuppen oder andere Substanzen mit genetischem Inhalt an ihre Umgebung abgeben. Fragmente dieser Umwelt-DNA können durch moderne Laborverfahren aus Sedimenten gewonnen und anschließend sequenziert werden. Vergleiche mit bekannten genetischen Informationen von Tieren und Pflanzen in Datenbanken ermöglichen dann eine Zuordnung. Auf diese Weise lässt sich beleuchten, welche Arten an bestimmten Orten in der Vergangenheit und zu verschiedenen Klimaphasen existiert haben.
Einer vergangenen Lebenswelt auf der Spur
Dieses Verfahren hat ein internationales Forscherteam nun im Fall eines Ökosystems angewendet, das einst in einer Region im äußersten Norden Grönlands existierte, die heute von einer polaren Wüste geprägt ist. Den Anstoß zu der Studie bildeten paläoklimatologische Untersuchungsergebnisse, aus denen hervorgegangenen war, dass im Bereich der Kap-København-Formation einst vergleichsweise freundliches Klima geherrscht hat: Warmphasen vor etwa zwei bis drei Millionen Jahren haben dort zu Temperaturen geführt, die 11 bis 19 Grad Celsius höher lagen als heute. Inwieweit dies dort Pflanzen und Tieren das Leben ermöglicht hat, konnten Fossilienfunde in dem Bereich bisher nicht genau klären. Im Rahmen ihrer Studie haben die Forscher deshalb ausgelotet, ob sich aus rund zwei Millionen Jahre alten Ablagerungen in dem Bereich noch verwertbare Umwelt-DNA gewinnen lässt.
Wie die Forscher berichten, gelang es ihnen tatsächlich, den Sedimentproben von unterschiedlichen Stellen Stücke von Umwelt-DNA zu entlocken. Sie haben offenbar an Ton und Quarz gebunden und durch die tiefen Temperaturen geschützt die Zeit überdauert. Das Team konnte die erhaltenen Sequenzen dann mit Informationen aus DNA-Bibliotheken vergleichen, die genetische Informationen von heutigen Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen umfassen. “Erst die Entwicklung einer neuen Generation von Geräten zur DNA-Extraktion und -Sequenzierung hat es uns ermöglicht, DNA-Fragmente aus den Sedimentproben zu gewinnen. Damit waren wir schließlich in der Lage, ein zwei Millionen Jahre altes Ökosystem zu beschreiben”, sagt Erst-Autor Kurt Kjær von der Universität Kopenhagen.
