Takket være ny DNA-teknologi har forskere for første gang i historien kunnet avsløre hvordan planteengene så ut den gangen mammuten holdt til i Sibir for 20 000 år siden.

– Sammen med internasjonale forskere har vi begynt å rekonstruere mammutens økosystem, og vi har så langt funnet 30 til 40 plantearter der mammuten var - som myrklegg, fjellfiol, blokkebær, forglemmegei og gressarter som gulaks og smyle, forteller professor Christian Brochmann.

Han er leder for Nasjonalt senter for biosystematikk ved Universitetet i Oslo.

Den nye kunnskapen er ikke bare av akademisk interesse, men kan være viktig for å forstå det fremtidige, biologiske mangfoldet.

– De statistiske modellene som brukes til å forutsi artsmangfoldet når klimaet blir varmere, er ikke gode nok. Ved å rekonstruere gamle økosystemer kan vi teste modellene tilbake i tid.

– Da kan vi kalibrere modellene og spå fremtiden bedre. Med slike modeller kan vi dessuten si hvor mye av det genetiske mangfoldet innen hver art som kan gå tapt i fremtiden, forteller Brochmann.

DNA fra permafrosten

Forskerteamet har utviklet en metode for å analysere rester av arvematerialet i permafrost.

– Permafrost inneholder et frossent DNA-arkiv. Her har vi et fingeravtrykk av fortidens økosystemer.

DNA-sporene kan stamme fra planterester, visne blader, råtnete røtter og fra ekskrementer til beitedyr - som mammuten. I varme strøk brytes DNA-molekyler raskt ned. Derimot bevares småbiter av DNA-molekyler i permafrost. Bitene kan overleve i mer enn 500 000 år.

De fleste jordprøvene som er samlet i Sibir, er mellom 20 000 og 100 000 år gamle. Jordprøvene ble tatt fra ulike lag i en skråning. Lagene ble datert av geologer.

Svært effektiv metode

DNA-undersøkelsene gir et langt mer detaljert bilde av gamle økosystemer enn hva som hittil har vært mulig. Frem til i dag har forskerne bare kunnet rekonstruere gamle økosystemer ved å studere fossiler og pollen. Fossiler er sjeldne. Pollenanalyser er meget tidkrevende.

– Vi kan gjøre de samme analysene på én dag som en pollenanalytiker måtte bruke et år på. Nøyaktigheten på svarene blir dessuten tredoblet.

For å sjekke at DNA-metoden fungerer som den skal, har Brochmanns forskerteam testet om metoden kan brukes til å gjenspeile det biologiske mangfoldet i et område der botanikerne fra før av har svært god kjennskap til floraen.

– De foreløpige testene viser et overraskende bra samsvar mellom floraen og analysene, sier Brochmann.

Tolker DNA-fragmenter

Det holder med noen gram jord til analysen. I de gamle jordprøvene fra permafrostområdene fins det DNA-rester fra en mengde planter som har levd på stedet gjennom historien. Den samlete mengden basepar, som DNA består av, er derfor svært stor i jordprøven.

Jordprøven blir analysert i en ultramoderne DNA-maskin til fem millioner kroner. Det fins bare noen få slike maskiner i Norge. Én er plassert på CEES (Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis) ved Universitetet i Oslo. Botanikerne har også tilgang til et par tilsvarende maskiner i Paris.

For noen få år siden kom en ny generasjon DNA-maskiner som kunne skumme igjennom 100 millioner basepar på én dag. De nyeste maskinene fikser én milliard basepar om dagen.

– De nye maskinene er dessuten langt mer automatiserte og krever derfor mindre manuelt arbeid.

De gamle DNA-sekvensene i jorda er så oppdelt at forskerne må bruke enda mindre biter enn i vanlig barcoding, der et spesielt gen kan brukes som entydig markør for en art. I permafrosten er slike barcodegener brutt ned til flere biter.

– Jo lengre biten er, desto mer eksakt kan vi si hvilken art det er.

Enorme datamengder

For å finne frem til de mest egnete småbitene må botanikerne tolke enorme datamengder. Verktøyet deres er bioinformatikk, en moderne retning i informatikk som kombinerer statistikk og tunge databeregninger.

– Metoden gjør det mulig å skille flest mulig arter fra hverandre, selv om DNA-bitene er små, sier Brochman.

Tunge datamaskiner blir derfor stadig viktigere for å studere biologisk mangfold.

Begrensning

En av de store utfordringene til biologene er mangelen på nok datalagringsplass.

Hver enkelte jordprøve fører til så enorme datamengder, at det ikke fins nok kapasitet til å lagre alle resultatene over tid.

Museet må derfor bevare DNA-prøvene i stedet. Og de må tolkes på nytt når det er nødvendig.

Datidens klima

Når forskerne har funnet ut hvilke arter som fins i en jordprøve, kan de danne seg et bilde av datidens klimatiske forhold.

– Alle arter har sine økologiske krav, slik som temperatur og fuktighet. Ved å sammenlikne klimakravene til de ulike artene som vokste på samme sted til samme tid, kan vi med andre ord finne ut av hvordan de klimatiske forholdene var i forhistorisk tid.