Un ADN vieux de deux millions d’années a été identifié pour la première fois, ouvrant un nouveau chapitre « qui change la donne » dans l’histoire de l’évolution.
Des fragments microscopiques d’ADN environnemental ont été trouvés dans les sédiments de la période glaciaire dans le nord du Groenland. En utilisant une technologie de pointe, les chercheurs ont découvert que les fragments avaient un million d’années de plus que le précédent record d’ADN prélevé sur un os de mammouth sibérien.
L’ancien ADN a été utilisé pour cartographier un écosystème vieux de deux millions d’années qui a résisté aux changements climatiques extrêmes. Les chercheurs espèrent que les résultats pourraient aider à prédire les conséquences environnementales à long terme du réchauffement climatique actuel.
La découverte a été faite par une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Eske Willerslev et le professeur Kurt H. Kjær. Le professeur Willerslev est membre du St John’s College de l’Université de Cambridge et directeur du centre de géogénétique de la Fondation Lundbeck de l’Université de Copenhague où le professeur Kjær, expert en géologie, est également basé.
Les résultats des 41 échantillons utilisables trouvés cachés dans l’argile et le quartz sont publiés aujourd’hui dans La nature.
Le professeur Willerslev a déclaré: « Un nouveau chapitre couvrant un million d’années supplémentaires d’histoire a finalement été ouvert et pour la première fois, nous pouvons regarder directement l’ADN d’un écosystème passé aussi loin dans le temps.
« L’ADN peut se dégrader rapidement, mais nous avons montré que dans les bonnes circonstances, nous pouvons désormais remonter plus loin dans le temps que quiconque n’aurait osé l’imaginer. »
Le professeur Kjær a déclaré: « Les anciens échantillons d’ADN ont été retrouvés profondément enfouis dans des sédiments qui s’étaient accumulés sur 20 000 ans. Les sédiments ont finalement été conservés dans la glace ou le pergélisol et, surtout, non perturbés par l’homme pendant deux millions d’années. »
Les échantillons incomplets, longs de quelques millionièmes de millimètres, ont été prélevés dans la formation de København, un dépôt de sédiments de près de 100 mètres d’épaisseur niché dans l’embouchure d’un fjord de l’océan Arctique, à l’extrême nord du Groenland. Le climat au Groenland à l’époque variait entre arctique et tempéré et était entre 10 et 17 ° C plus chaud que le Groenland aujourd’hui. Les sédiments se sont accumulés mètre par mètre dans une baie peu profonde.
Les scientifiques ont découvert des preuves d’animaux, de plantes et de micro-organismes, notamment des rennes, des lièvres, des lemmings, des bouleaux et des peupliers. Les chercheurs ont même découvert que Mastodon, un mammifère de la période glaciaire, errait jusqu’au Groenland avant de s’éteindre plus tard. Auparavant, on pensait que l’aire de répartition des animaux ressemblant à des éléphants ne s’étendait pas aussi loin que le Groenland à partir de ses origines connues d’Amérique du Nord et d’Amérique centrale.
Les travaux de détective de 40 chercheurs du Danemark, du Royaume-Uni, de France, de Suède, de Norvège, des États-Unis et d’Allemagne ont permis de percer les secrets des fragments d’ADN. Le processus était laborieux – ils devaient d’abord établir s’il y avait de l’ADN caché dans l’argile et le quartz, et s’il y en avait, pourraient-ils réussir à détacher l’ADN du sédiment pour l’examiner ? La réponse, finalement, était oui. Les chercheurs ont comparé chaque fragment d’ADN avec de vastes bibliothèques d’ADN provenant d’animaux, de plantes et de micro-organismes actuels. Une image a commencé à émerger de l’ADN des arbres, des buissons, des oiseaux, des animaux et des micro-organismes.
Certains des fragments d’ADN étaient faciles à classer comme prédécesseurs des espèces actuelles, d’autres ne pouvaient être liés qu’au niveau du genre, et certains provenaient d’espèces impossibles à placer dans les bibliothèques d’ADN d’animaux, de plantes et de micro-organismes vivant encore au 21St siècle.
Les échantillons vieux de deux millions d’années aident également les universitaires à se faire une idée d’une étape jusque-là inconnue dans l’évolution de l’ADN d’une gamme d’espèces encore existantes aujourd’hui.
Le professeur Kjær a déclaré: « Les expéditions coûtent cher et de nombreux échantillons ont été prélevés en 2006 lorsque l’équipe était au Groenland pour un autre projet, ils ont été stockés depuis.
« Ce n’est que lorsqu’une nouvelle génération d’équipements d’extraction et de séquençage de l’ADN a été développée que nous avons été en mesure de localiser et d’identifier des fragments d’ADN extrêmement petits et endommagés dans les échantillons de sédiments. Cela signifie que nous avons finalement pu cartographier un deux- écosystème vieux d’un million d’années. »
Le professeur adjoint Mikkel W. Pedersen, co-premier auteur de l’article et également basé au centre de géogénétique de la Fondation Lundbeck, a déclaré : « 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 – – et parce que, à première vue, le climat semble avoir été similaire au climat auquel nous nous attendons sur notre planète à l’avenir en raison du réchauffement climatique.
« L’un des facteurs clés ici est de savoir dans quelle mesure les espèces seront capables de s’adapter au changement des conditions résultant d’une augmentation significative de la température. Les données suggèrent que davantage d’espèces peuvent évoluer et s’adapter à des températures extrêmement variables qu’on ne le pensait auparavant. Mais, Surtout, ces résultats montrent qu’ils ont besoin de temps pour le faire. La vitesse du réchauffement climatique actuel signifie que les organismes et les espèces n’ont pas ce temps, de sorte que l’urgence climatique reste une menace énorme pour la biodiversité et le monde – l’extinction est à l’horizon pour certaines espèces. y compris les plantes et les arbres. »
En examinant l’ancien ADN de la formation de Kap København, les chercheurs ont également trouvé l’ADN d’un large éventail de micro-organismes, y compris des bactéries et des champignons, qu’ils continuent de cartographier. Une description détaillée de la façon dont l’interaction – entre les animaux, les plantes et les organismes unicellulaires – au sein de l’ancien écosystème au point le plus au nord du Groenland a fonctionné biologiquement sera présentée dans un futur document de recherche.
On espère maintenant que certaines des «astuces» de l’ADN végétal découvert il y a deux millions d’années pourront être utilisées pour aider à rendre certaines espèces menacées plus résistantes au réchauffement climatique.
Le professeur Kjær a déclaré: « Il est possible que le génie génétique puisse imiter la stratégie développée par les plantes et les arbres il y a deux millions d’années pour survivre dans un climat caractérisé par la hausse des températures et empêcher l’extinction de certaines espèces, plantes et arbres. C’est l’un des raisons pour lesquelles cette avancée scientifique est si importante parce qu’elle pourrait révéler comment tenter de contrer l’impact dévastateur du réchauffement climatique. »
Les découvertes de la formation de Kap København au Groenland ont ouvert une toute nouvelle période dans la détection de l’ADN.
Le professeur Willerslev a expliqué : « L’ADN survit généralement mieux dans des conditions froides et sèches telles que celles qui ont prévalu pendant la majeure partie de la période depuis le dépôt du matériau à Kap København. Maintenant que nous avons réussi à extraire l’ADN ancien de l’argile et du quartz, il peut être possible que l’argile peut avoir préservé l’ADN ancien dans des environnements chauds et humides dans des sites trouvés en Afrique.
« 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 – les possibilités sont sans fin. »