Urin, lort og hår kan være en genetisk guldgrube, når man som forsker graver i fortiden.
Det er et dugfrisk studie, der er udgivet i Current Biology med danske forskere i spidsen, et helt nyt eksempel på:
Her har forskerne nemlig kortlagt DNA'et fra den uddøde kortansigtet bjørn ud fra blot nogle dråber tis fra jordprøver, som den for over 10.000 år siden har efterladt sig i en mexicansk hule.
»Det er første gang, der er blevet lavet en DNA-profil af en amerikansk sortbjørn, som i stenalderen levede i en bjerghule i det nordlige Mexico, på baggrund af jordprøver, og her kan man faktisk sammenligne bjørnen med nulevende individer af samme art,« siger medforfatter Eske Willerslev, professor på Københavns Universitet og leder af Lundbeck Foundation Centre for GeoGenetics, til Videnskab.dk.
Professoren kalder resultaterne for en »milepæl« inden for forskningsfeltet miljø-DNA, også kaldet eDNA, fordi de åbner for en helt ny måde at kortlægge uddøde arter - helt uden at skulle på jagt efter knogler eller tandsæt for at genskabe en DNA-profil.
»Min forudsigelse er, at knogler om 5-10 år kan blive erstattet af jordprøver i DNA-forskning tilbage i tiden, fordi man ved hjælp af jordprøver ikke kun kan sige, at der var en bjørn, men samtidig kortlægge, hvilke mikroorganismer der var til stede i det omkringliggende miljø.«
»Så med jordprøver får man alt det, en knogle ikke kan give dig, plus den information, som knoglen kunne give dig, og det er den store værdi i det her studie, fordi det viser, at det i praksis kan lade sig gøre,« lyder det fra Eske Willerslev.
\ Læs mere
Den største udfordring er løst
Selve teknologien med at hive DNA ud af jordprøver til at bestemme, om en art levede i et bestemt område, er ikke i sig selv ny.
Faktisk var Eske Willerslev med til at lægge kimen til den måde at fiske efter forhistoriske oplysninger på tilbage i 2003.
Siden da har den helt store udfordring været at hive mere specifikke oplysninger ud fra de brudstykker af DNA, man fandt fra jordprøven, så det var muligt ikke blot at placere arterne geografisk, men også at sammenligne nulevende dyr med tidligere arter.
Så hvorfor er det netop lykkedes forskerne nu? En del af svaret skal findes i teknologien, lyder det fra Eske Willerslev, som peger på to centrale ting:
- Sekventeringsmaskinerne er blevet så fintunede, at man nu kan hive langt mere data ud fra DNA-fragmenter.
- Man nu bioinformatisk - eller computermæssigt - kan adskille selve DNA-fragmenterne, der tilhører den ene eller den anden art, selv når de to arter er nært beslægtede med hinanden.
Her er der tale om at genskabe DNA-brudstykker – i princippet hele den genetiske kode – fra dyr, planter og bakterier, der kan have ligget i jorden siden stenalderen, eller endnu længere.
Og med den nye teknik kan det i fremtiden blive muligt at udvide fortællingen om alt fra arters evolution til udvikling inden for klima, vurderer professoren.
Startede i en mexicansk hule
Lad os vende tilbage til sortbjørnen i den mexicanske hule for en stund.
Den står nemlig som et eksempel på, hvordan forskerne ved hjælp af ældgammel urin og afføring kan genskabe en DNA-profil fra en kortansigtet bjørn, som holdt til i Nordamerika og uddøde for omkring 12.000 år siden.
Historien starter i en mexicansk hule, som tidligere har dannet grundlag for en Nature-artikel fra 2020.
Her kunne forskerne blandt andet vise, at de første mennesker har været i Chiquihuite-hulen for omkring 30.000 år siden - det kan du læse mere om i artiklen: Eske Willerslev kaster »videnskabelig håndgranat«: De første mennesker kom til Amerika for mindst 30.000 år siden.
Under deres ekspedition i hulen tog forskerne en række jordprøver, og udover DNA fra mus og andre gnavere fandt de stenalder-DNA fra en amerikansk sortbjørn, som er en nulevende art, og fra den uddøde art kortansigtet bjørn (Arctodus simus).
Det er et dyr, hvis knogler man sjældent finder, og derfor har det tidligere været svært at finde ud af, hvor den har levet, forklarer Eske Willerslev.»For de genomer, det lykkedes os at skabe, kunne vi pludselig fortælle en meget detaljeret historie. Den viste blandt andet for de amerikanske sortbjørns vedkommende, at den - eller desortbjørne - som i sin tid levede i Chiquihuite-hulen, var blandt forfædrene til den nulevende bestand af amerikanske sortbjørne, der findes i det østlige Nordamerika.«»Det fortæller os, at udbredelsen i de forskellige populationer i Nordamerika må have set markant anderledes ud, hvis man går 12.000 år tilbage, og det er bare en enkelt prøve, som viser os det,« uddyber Eske Willerslev.
\ Var et kæmpe rovdyr
Den uddøde kortansigtede bjørn var et kæmpe rovdyr – den var næsten to meter høj, når den stod på alle fire, og kunne veje op mod 1.000 kilogram.
I studiet har forskerne – ved at sammenligne det rekonstruerede stenalder-DNA fra hulen med en DNA-profil udvundet af en mindst 20.000 år gammel knogle fra arten fundet i det nordvestlige Canada – set noget påfaldende.
For den bestand af kortansigtede bjørne, som levede i det nordlige Mexico, adskilte sig nemlig på flere måder markant fra den bestand af kortansigtede bjørne, der levede i det nordvestlige Canada.
Det er et eksempel på den nye viden, som pludselig bliver tilgængelig, når man kan rekonstruere genomer på basis af DNA-fragmenter i jorden, forklarer forskerne bag studiet.
Giver større spillerum
Ifølge professor Mikkel Heide Schierup kan de nye resultater være med til at give et langt større spillerum, når det kommer til at kortlægge de områder, hvor forskellige arter har haft deres gang.
Han har ikke været en del af studiet, men er særligt imponeret over forskernes store arbejde med – og mængde af - DNA-sekventering.
»En styrke er, at man via jordprøver kan gå så langt tilbage og få et indblik i, hvordan de her bjørne har bevæget sig rundt. Det kan være lidt tilfældigt, hvordan knogler er blevet bevaret, men der er et langt større spillerum, når man nu ’bare’ skal finde de steder, hvor eksempelvis dyrene har været,« siger Mikkel Heide Schierup, professor i bioinformatik ved Aarhus Universitet, til Videnskab.dk.
Mikkel Heide Schierup ser det som et solidt »proof of concept«-studie, der indkapsler den udvikling, der er i netop det forskningsfelt lige nu.
»Når man allerede kan nå så langt i en grotte i Mexico, tænk så, hvis vi kigger blot fem år frem, så har vi sikkert allerede mere effektive metoder, der let kan skaleres, så man kan gøre det i flere huler eller ved forskellige bosteder.«
En af udfordringerne ved den her metode er dog stadig at tidsbestemme de forskellige fund helt præcist.
For eksempel: Hvis en bjørn har siddet derinde og tisset, kan DNA måske i nogen grad sive ned i jordlagene, så det kan se ud, som om det er ældre, end det er, og den udfordring står man stadig med, påpeger Mikkel Heide Schierup.
\ Læs mere
Åbner også for perspektiver i Danmark
Om det er tis, lort eller hår, der er kilden i DNA-prøverne fra jorden, er ligeledes svært at slå helt fast - men det er typisk den slags materialer, der spiller en vigtig rolle.
De kan nemlig gemme på genetisk materiale, som under de rette forhold kan bestå i tusinderne af år, forklarer Eske Willerslev.
For når et dyr eller et menneske tisser - eller laver afføring - i naturen, så ryger der celler fra organismen med. Og det er de brudstykker, som man kan finde i jordprøver og ved hjælp af teknologiske kvantespring nu i langt højere grad kan adskille fra hinanden.
Mikkel Heide Schierup uddyber:
»DNA er et molekyle, der bevares rigtig godt, og det er vores held, når man gerne vil undersøge de her ting. Og der skal ikke så forfærdeligt mange kopier af DNA’et til for at kunne sige noget mere specifikt om for eksempel sortbjørnen.«
Men trods de lovende resultater er det vigtigt at have med, at den teknologi, som forskerne har anvendt i studiet, er noget mere krævende end at arbejde med knogler.
Man skal stadig fremskaffe enorme mængder DNA, som skal adskilles i meget fine stykker, og der skal stadig mere teknologisk udvikling til at brede det ud, lyder det fra begge forskere.
Men Eske Willerslev forestiller sig imidlertid, at de nye resultater på sigt kan åbne for en række perspektiver - også herhjemme:
»Tænk på, hvor mange stenalderbopladser, hvor der ikke er fundet nogle knogler - ikke bare i Danmark - men faktisk i hele verden. De fleste arkæologiske fund er jo stenredskaber, men der er jo ingen knogler, og som det er i dag, er det svært at sige, hvordan de mennesker er beslægtet.«
»Det her åbner op for muligheden for at kunne det - og man begynder at kunne skille økologiske miljøer tilbage i tiden. På den måde vil man kunne lave populationsgenetik på alt fra sabelkatte til blomster, så det er jo i virkeligheden endeløst,« slutter Eske Willerslev og fortæller, at der stadig ligger flere hundrede jordprøver fra hulen i fryserne på KU, som de skal se nærmere på.
