Tilbake til søkeresultatene

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Ancient DNA of NW Europe reveals responses to climate change

Tildelt: kr 3,0 mill.

Vokste det trær på Andøya under siste istid? I prosjektet AfterIce prøver vi å svare på dette og andre spørsmål om fortidens klima og vegetasjon. Nordspissen av Andøya var, i motsetning til mesteparten av Skandinavia, isfritt under siste istids maksimum for ca 20 000 år siden. Den gang vokste det høyarktiske arter der ifølge fossilfunn av pollen og makrofossiler. Nylig oppdaget vi også DNA av furu og gran fra perioden 22 000 - 17 000 år før nåtid. Dette var en sensasjon, og noen forskere stilte spørsmålstegn ved våre funn. I AfterIce har vi fokusert på å forstå hvordan DNA funn kan tolkes vegetasjonshistorisk. Spesielt har vi vurdert om DNA-funn stammer fra arter som har vokst på stedet, eller om funnet for eksempel kan reflektere DNA fra pollen som er blåst inn fra områder langt borte. Vi har også tatt nye prøver av innsjøsedimenter fra Andøya for å sjekke om vårt funn ble bekreftet. Metoden vi bruker er nyutviklet, og det er mange metodiske aspekter som ennå er ukjente for oss. Vil for eksempel alle arter som vokser rundt en innsjø være representert i en DNA-prøve fra innsjøen? Vil bare arter som vokser langs kanten av innsjøen være representert, eller også de som vokser f.eks. 100 meter eller mer lengre bort? For å finne svaret på dette har vi samlet inn prøver av moderne innsjøsedimenter og registret vegetasjonen ved 11 innsjøer i Nord-Norge. Sammenligning av dataene viser at vi ved hjelp av DNA-metoder er i stand til å påvise omtrent halvparten av artene som vokser rundt hver innsjø. Dette er like bra eller bedre enn resultatene fra pollen- og makrofossil-analyser. De fleste artene som vi fant med DNA-analyser vokste innen to meter fra vannkanten. Dette tyder på at fossilt DNA, i likhet med makrofossiler, hovedsakelig representerer vegetasjonen rundt innsjøen. Treslag er nøkkelarter i økosystemet, og tregrensen er en viktig skille mellom ulike økosystemer. Derfor ville vi finne ut om DNA-metoden vår er pålitelig når det gjelder å påvise lokal forekomst av ulike treslag rund innsjøer. I det sørlige Skottland fant vi et helt ideelt sted for å studere dette: her er det ikke naturlig forekomst av bartrær, mens detaljerte opplysninger foreligger om planting av bartrær på 1900-tallet fra historiske kart. Resultatene våre viser at DNA-metoden er pålitelige når det gjelder å påvise forekomst av bartrær og naturlig skog av løvtrær. De ble kun påvist i tidsperioder som samsvarte med forekomst av treslagene på de historiske kartene. Pollenanalyser fra samme prøver samsvarte med DNA-analysene for bartrær, men for løvtrær, derimot, viste pollenanalysene tilstedeværelse selv i perioder der de historiske kartene viser hei vegetasjon. Pollen spres over store områder, og viser derfor regional forekomst av arter, mens DNA viser mer detaljert hva som har vokst rundet en innsjø. Studiet viser også at pollen ikke er en sannsynlig kilde til DNA som vi finner i innsjøsedimentene. Vi dro til Skartjørna som er den lokaliteten på Svalbard hvor fortids-vegetasjonen er best kjent basert på makrofossil-studier. Vi fikk opp 5.5 m med sedimenter som dekker en tidsperiode på over 8 000 år, og som vi analyserte for DNA. Vi fant nesten alle de artene var funnet makrofossilt. Dette bekrefter at DNA-analyser er pålitelige også for analyser gamle prøver. I tillegg fant vi seks nye plantearter, 12 nye arter av moser og to typer alger. DNA- metoden hadde den fordelen at flere arter ble oppdaget per prøve. De fleste artene vi fant har vokst lokalt det meste av perioden etter at isen trakk seg tilbake selv om den lokale julimiddel-temperaturen periodevis kunne variere 1-2°C. Artene har derfor bedre evne enn antatt til å tåle et skiftende klima. Men om temperaturen øker ytterligere i framtida, for eksempel 2-4°C som er forventet for Svalbard, kan endringene bli større og annerledes enn det som var tilfelle i forrige varmeperiode for 8-9000 år siden. Vi analyserer nå flere arktiske innsjøer for å se hvor robuste resultatene er. Vi dro tilbake til Andøya og fant enda en gang 15-20 000 år gammelt DNA av furu og gran. Vi tok tre nye prøver fra en annen innsjø enn den vi hadde analysert tidligere, og fant DNA av furu i alle tre og gran i to av dem. I alle tilfellene fant vi DNA kun i de eldste lagene. Sjansen for at dette skyldes DNA-forurensning er ekstremt lav og vår konklusjon er at DNA av disse treslagene er tilstede i sedimentene. Det kritiske spørsmålet er hvordan DNA av furu og gran ble sedimentert i disse lagene. Basert på vårt resultat fra studiet i Skottland tror vi ikke langtransporter pollen er en sannsynlig kilde til DNA. Alternative forklaringer er at DNA stammer fra (1) gran og furu som vokste på stedet (teoretisk mulig men usikkert om det var varmt nok), (2) drivved eller (3) resedimentasjon av eldre materiale. Det er ikke sterke nok bevis som framhever noen av disse alternative, og spørsmålet om det vokste gran og furu på Andøya under siste istids maksimum er derfor fortsatt åpent.

Andøya (69 °N) is a key area for data on terrestrial flora and vegetation in Norway during the Late Weichselian (25,000 to 10,000 years (uncalibrated) B.P.). Cores covering most of this time interval has been retrieved from several lakes, confirming the e xistence of an ice-free area potentially serving as a 'cryptic' refugium at a time when almost all of Scandinavia was covered by ice. The sediments contain small quantities of pollen of tree species (Betula, Picea, Pinus); so far interpreted as deriving f rom long distance dispersal. A recent study of ancient sediment DNA in one of the lakes yielded DNA of pine (Pinus) and spruce (Picea) dated at c. 22,000 and 17,500 cal years BP, respectively, indicating that these species possibly survived in northern in situ refugia. If the source of this DNA is confirmed as locally growing trees, this means that pine and spruce were present in Scandinavia more than 10,000 years earlier than previously assumed. Similarly, recent findings of ancient DNA of thermophilic t axa in the geographically isolated arctic archipelago Svalbard indicate that species had a more northern distribution in the Holocene hypsithermal (4000 - 8000 years BP) than today. We propose to investigate the late glacial flora of Andøya and Svalbard b y: 1) using recently developed high throughput sequencing technologies to analyse ancient sediment DNA in four new sediment cores from each of Andøya and Svalbard, 2) analysing modern lake sediments and current vegetation from the two sites to evaluate th e correlation between species frequency in the vegetation, and likelihood of representation in the sediment DNA samples, and 3) assess if the methods used for extraction and amplification of ancient sediment DNA are likely to yield DNA from pollen grains within the sediments. The results of this study will increase our understanding of how species responded to climate change in the past, which is essential to forecast effects of current global warming.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Budsjettformål:

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Finansieringskilder