Catching the Past: Discovering the legacy of historic Atlantic cod exploitation using ancient DNA

Mennesker har brukt naturressursene i havet i tusenvis av år. Særlig torsk (Gadus morhua) har spilt en viktig økonomisk og kulturell rolle for lokalsamfunn rundt Nord-Atlanteren. I det forrige århundre har den industrielle utnyttelsen av torsk blitt knyttet til populasjonskollaps og fenotypiske endringer, for eksempel at fisken blir tidligere kjønnsmoden og forblir mindre i størrelse, noe som har ført til økonomisk tap. Likevel er det uklart om slike perioder med intenst fiske har hatt varige genomiske effekter, noe som gjør det vanskelig å kvantifisere hele omfanget av menneskelig påvirkning. Hovedmålet med dette prosjektet er å undersøke om intensiv utnyttelse av torsk over tusenvis av år har påvirket deres genetiske demografi eller har ført til evolusjonære endringer. Ved å analysere DNA fra arkeologiske fiskerester (opptil 9000 år gamle) kan vi sammenligne de genetiske profilene av disse gamle fiskene med de fra moderne referansedatabaser. Alderen til de gamle fiskelevningene tillater oss å undersøke mønstre av genetiske torskemangfold fra de periodene som er forut for omfattende menneskelig påvirkning. Vi utvikler også nye genetiske metoder for å spore omfanget av historisk handel i Nord-Europa. Så langt viser våre analyser ingen vesentlige tap av genetisk mangfold med høye effektive populasjonsstørrelser og ingen store evolusjonære endringer. Vi har ytterligere forbedret vår evne til å spore kildepopulasjoner av atlantisk torsk fra arkeologiske funnsteder, noe som har forbedret vår forståelse av en fiskehandel med stadig større utstrekning i tid og rom.

We processed over 500 historic and ancient Atlantic cod samples from Norway, the Netherlands, Germany, Denmark, Sweden and the United Kingdom. As subset of these has been sequenced to medium/higher coverage (~5 to 10X) for detailed evolutionary inference. These data have been used to address a range of evolutionary questions (see publications). During this work we were challenged by unexpectedly poor DNA preservation of many specimens. We addressed this challenge by developing a novel program to deal with specimens with such poor DNA preservation. This new program (BAMscorer) allows us to obtain useful data from the far majority of ancient specimens that we have processed.

Humans have exploited the naturally abundant resources of marine ecosystems since prehistoric times. One of these resources, Atlantic cod (Gadus morhua), is of profound economic and cultural value for communities around the North Atlantic Ocean. The history of exploitation for this species dates back millennia, which makes it difficult to quantify the extent of human impact. While contemporary influence of industrial fishing is associated with population collapse and phenotypic changes that lead to economic loss, it is unclear if past episodes of intensive fishing have wrought analogous demographic and evolutionary changes. Therefore, the true anthropogenic impacts on the ecology of exploited fish populations remain unclear. Given the projected increase in anthropogenic pressure on marine resources, a better understanding of such effects is urgently needed. Here, we obtain genome-wide data from archaeological bones up to 9000 years old and ask if an intensive exploitation history covering millennia has inflicted demographic and selective changes on Atlantic cod. We reconstruct long-term patterns of cod diversity from those periods predating extensive human influence and simultaneously identify the source populations of Viking Age and medieval fish trade. Our unprecedented spatiotemporal approach allows us to assess associations between expanding fisheries, population decline and anthropogenic selection, as well as answer specific archaeological questions. Overall, the combination of the latest genomic tools and material of distinctive importance will yield unparalleled insights in the natural and cultural history of a major marine resource.