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Le matériel génétique trouvé dans les sédiments du pergélisol du Yukon contient de riches informations sur les anciens écosystèmes. Crédit : Julius Csotonyi/Gouvernement du Yukon
En 2010, de petites carottes de sédiments de pergélisol ont été prélevées par une équipe de l’Université de l’Alberta en provenance du Yukon. mines d’or dans la région du Klondike, au centre du Yukon. Elles étaient restées en chambre froide jusqu’à ce que des paléogénéticiens de l’Université de l’Alberta les aient récupérées. McMaster Ancient DNA Centre ont appliqué de nouvelles techniques de génomique pour mieux comprendre l’évolution de l’ADN. extinction mondiale de la mégafaune qui a culminé en Amérique du Nord il y a environ 12 700 ans..
Ces minuscules échantillons de sédiments contiennent une immense richesse d’ADN environnemental ancien provenant d’innombrables plantes et animaux qui ont vécu dans ces environnements pendant des millénaires. Ces microfossiles génétiques proviennent de tous les composants d’un écosystème – y compris les bactéries, les champignons, les plantes et les animaux – et servent de capsule temporelle d’écosystèmes disparus depuis longtemps, tels que la .mammouth-steppequi a disparu il y a environ 13 000 ans.
La façon dont ces écosystèmes se sont restructurés de manière si significative et la raison pour laquelle les grands animaux semblent avoir été les plus touchés par ce changement sont des questions qui ont été étudiées de près. domaine actif de débat scientifique depuis le 18ème siècle.
Nous pouvons maintenant utiliser l’ADN environnemental pour aider à combler les lacunes qui ont alimenté ce débat.
Illustration d’artiste de mammouths laineux.
ADN ancien, technologies de pointe
L’ADN bactérien, fongique et non identifiable constitue plus de 99,99 % d’un échantillon environnemental. Dans notre cas, nous voulions un moyen de récupérer sélectivement la fraction beaucoup plus petite d’ADN animal et végétal ancien qui nous aiderait à mieux comprendre l’effondrement de l’écosystème mammouth-steppe.
Pour mon recherche doctorale, j’ai fait partie d’une équipe qui a développé une nouvelle technique pour extraire, isoler, séquencer et identifier de minuscules fragments d’ADN ancien à partir de sédiments..
Nous avons analysé ces fragments d’ADN pour suivre l’évolution de la répartition des plantes et des animaux qui vivaient dans le centre du Yukon au cours des 30 000 dernières années. Nous avons trouvé des preuves de la survie tardive des mammouths laineux et des chevaux dans la région du Klondike, environ 3 000 ans plus tard que prévu.
Nous avons ensuite élargi notre analyse pour inclure 21 carottes de pergélisol prélevées précédemment sur quatre sites de la région du Klondike et datant de 4 000 à 30 000 ans.
Avec les technologies actuelles, nous avons non seulement pu identifier de quels organismes provenait un ensemble de microfossiles génétiques. Mais nous avons également été en mesure de réassembler ces fragments en génomes pour étudier leur histoire évolutive – uniquement à partir de sédiments.
Synthèse d’ossements datés, d’ADN environnemental ancien et de sites archéologiques au Yukon et en Alaska. Crédit : Tyler J. Murchie
Des changements environnementaux considérables
Le site Pléistocène-Holocène, qui s’est produite il y a environ 11 700 ans, a été une période d’énormes changements dans le monde entier. Sur la Béringie orientale (l’ancien pont terrestre eurasien et les régions non glaciaires du Yukon et de l’Alaska)cette période a vu l’effondrement de la biome mammouth-steppe et son remplacement progressif par le forêt boréale telle que nous la connaissons aujourd’hui.
Cela a entraîné la perte des mégaherbivores emblématiques de l’âge de glace comme le .le mammouth laineux, Cheval du Yukon, et bison des steppesainsi que des prédateurs tels que le Cimeterre d’Amérique et Lion de Béringieparmi beaucoup d’autres.
Nous avons trouvé de l’ADN environnemental ancien provenant d’un spectre diversifié de faune ancienne, y compris des mammouths laineux, des chevaux, des bisons des steppes, des caribous, des rongeurs, des oiseaux et de nombreux autres animaux..
Nous avons également pu observer comment les écosystèmes se sont modifiés avec l’apparition des arbustes ligneux il y a environ 13 500 ans, et comment cela a été corrélé avec un déclin de l’ADN des mammouths laineux, des chevaux et des bisons des steppes. Avec cet ensemble de données remarquablement riche, nous avons observé quatre résultats principaux.
- Le signal était étonnamment cohérent d’un site à l’autre, ce qui suggère que nos données sont représentatives de l’ensemble de l’Europe.les tendances écologiques dans la région.
- Déclin de l’ADN du mammouth laineux avant le Réchauffement de Bølling-AllerødBølling-Allerød, une période chaude à la fin de la dernière période glaciaire, suggérant que les pertes de la mégafaune ont pu être échelonnées.
- Forbes (plantes herbacées à fleurs) constituent une composante importante de l’écosystème des mammouths et des steppes, aux côtés des graminées.
- Il y a un signal cohérent de la persistance du mammouth laineux et du cheval du Yukon pendant l’Holocène, jusqu’à 7000 ans après leur disparition des archives fossiles.
Un arbre évolutif montrant l’emplacement et la relation des chevaux et de leurs parents avec les génomes reconstruits à partir d’os et de sédiments. Crédit : Tyler J.Murchie
Associées à d’autres données, nos reconstructions génétiques suggèrent que la transition à la fin de la dernière période glaciaire a pu être plus longue que ce que les os datés seuls suggèrent.
Les mammouths, par exemple, peuvent avoir décliné dans l’abondance de la population locale des milliers d’années plus tôt que les autres mégafaunes, ce qui est potentiellement corrélé avec la première période glaciaire. preuves controversées de la présence humaine dans la région. Plus loin, les animaux herbivores ont pu persister pendant des milliers d’années dans des refuges (habitats qui permettent l’existence d’une population isolée).malgré le changement environnemental.
Les mammouths laineux aux côtés des humains
Nos données suggèrent que les chevaux et les mammouths laineux ont pu persister au Klondike jusqu’à il y a environ 9 000 ans et peut-être même jusqu’à il y a 5 700 ans, survivant ainsi à leur disparition supposée de l’homme. des archives fossiles locales de 7 000 ans. Cependant, il est possible que l’ADN environnemental ancien survive à l’érosion et au redépôt.ce qui pourrait mélanger les signaux génétiques de différentes périodes, nécessitant un certain degré de prudence dans nos interprétations.
Jusqu’à récemment, il n’y avait aucune preuve de la survie des mammouths au milieu de l’Holocène. Mais des études ont maintenant montré que les mammouths ont survécu jusqu’au milieu de l’Holocène. 5,500 et 4,000 ans sur les îles de l’Arctique.
Les chercheurs du Centre de GéoGénétique à Copenhague ont trouvé des preuves de la survie tardive des chevaux et des mammouths en Alaska jusqu’à une date aussi récente que .Il y a 7 900 ans. Ils ont également trouvé des preuves de la survie des mammouths jusqu’à il y a 3 900 ans en Sibérie, aux côtés des chevaux et des mammouths. rhinocéros laineux jusqu’à il y a au moins 9 800 ans.
Le bison des steppes, dont on pensait qu’il avait disparu et avait été remplacé par le rhinocéros laineux .Bison d’Amériqueau cours du Pléistocène, ont également été trouvés pour avoir survécu même aussi récemment que peut-être juste .il y a 400 ans . Nous avons pu observer la présence de lignées génétiques distinctes de mammouths laineux et de bisons des steppes. dans les mêmes échantillons de sédiments, ce qui suggère qu’il y avait probablement des populations distinctes de ces animaux vivant dans la même région.
Il y a de plus en plus de preuves que de nombreuses mégafaunes de l’ère glaciaire ont probablement survécu jusqu’à la fin de l’histoire de l’humanité, errant dans le nord au cours de l’ère glaciaire. l’âge du bronzeet pendant que les bâtisseurs travaillaient sur le pyramides d’Égypte.
Des chercheurs danois ont trouvé des preuves de la survie de rhinocéros laineux en Sibérie il y a au moins 9 800 ans.
Les archives génétiques de notre passé écologique
La sophistication croissante des méthodes d’ADN environnemental pour étudier les microfossiles génétiques anciens met en évidence la quantité d’informations enfouies dans les sédiments.
Le pergélisol est idéal pour la préservation de l’ADN ancien, mais comme ce dernier est en train de s’effondrer, il n’est pas possible de l’éliminer. Ce sol gelé en permanence dégèle et se dégrade avec le réchauffement de l’Arctique.il en sera de même pour le matériel génétique qui y est conservé et pour les mystères de l’évolution qu’il contenait autrefois.
Les progrès de la paléogénétique continuent de repousser les limites de ce qui était autrefois relégué à la science-fiction. Qui sait quelles informations évolutives non découvertes restent gelées dans les sédiments ordinaires, cachées dans des microfossiles d’ADN ancien ?
Écrit par Tyler J. Murchie, boursier postdoctoral, Anthropologie, Université McMaster.
