Arktik Göllerdeki DNA, İklim Değişikliği Sonuçlarına Işık Tutuyor

Kanada Arktik’inin derinlerindeki Baffin Adası’nda, su ve çamurdan oluşan katmanların 10 metre altında, yeryüzü geçmişinin arşivleri donmuş bir şekilde duruyor.

CF8 adı verilen küçük bir gölün derinliklerinde antik polen ve bitki fosilleri yatıyor. Fakat yakın zamanda anlaşıldı ki, bu tabaka başka bir şey daha barındırıyor: antik DNA. 125.000 yıl kadar önce Eemiyan Dönemi’nde Kuzey Kutup Bölgesi günümüzden çok daha sıcak bir iklime sahipti, bu dönemden kalan vejetasyon binlerce yıllık soğumadan sonra antik DNA olarak korundu. 

Amerikan Jeofizik Birliği’nin düzenlediği yıllık konferansında, Boulder, Colorado Üniversitesi’nden paleoklimatolog Sarah Crump, özgün sonuçlar aldıklarından emin olduğundan bahsediyor ama buluntuların doğrulanması gerektiğinin farkında. Sonuçların doğrulanması demek, zamanında günümüzden birkaç derece daha yüksek sıcaklığa sahip derin Arktik’teki ekosistemleri anlayabiliriz demek. Ayrıca tortul DNA’nın gücünü tasdiklemiş olurken Arktik bitkilerinin geçmişte yaşanmış iklim değişikliklerine nasıl cevap verdiğini, şanslıysak gelecekte de nasıl cevap verebileceğini öğrenebiliriz.

(İklim, İnsan Göçünün Sebepleri Arasında Bulunuyor)

Almanya’daki Alfred Wegener Enstitüsü’nden paleoekolog Ulrike Herzschuh, Sibirya kara çam ormanlarının 12.000 yıl önceki son buzul çağa olan tepkisini aynı yöntem ile çalışıyor ve “Bu yöntemin biyoçeşitliliği tekrar oluşturmak için inanılmaz kullanışlı olduğu bir noktadayız,” diyor. 

Gölün dip tabakalarında DNA bulma çabası her ne kadar 20 yıl önce başlamış olsa da, son yıllarda genetik dizileme fiyatlarının düşmesi araştırmalara ivme kazandırdı.

Kuzey Kutup Bölgesi genetikçiler ve jeologlar için her zaman birincil önem arz eden bir bölge oldu. Donmuş toprak, mağara tabakaları gibi birçok farklı alan soğukta korunması çok daha kolay olan DNA adına epey zengin. Bu noktada bilim insanları bu bölgelerde buz devrinden kalma dev hayvanlara dair moleküler kanıtlar peşine düşüyor.

Son zamanlarda Arktik göllerin tüm bir ekosistem adına ipucu biriktirdiği, toprağa bağlanmış antik DNA için önemli bir arşiv teşkil etmesiyle netlik kazandı. Yaprak, çiçek, dışkı – göl çevresinde yaşayan herhangi bir organizmanın bir kısmı en sonunda kendini gölde buluyor.

Tromsø, Norveç Arktik Üniversitesi’nde paleobiyolog Peter Heintzman, “Bu bölgelerde inanılmaz kompleks bir DNA karışımı var,” diye açıklıyor bu durumu. DNA, zamanla çürüme ile hücrelerden çıkıyor ve çevresindeki mineral parçacıklarına veya organik bileşiklere bağlanarak oksidasyon ve mor ötesi ışınlardan korunabiliyor. Göl diplerinde sıcaklık donma noktasının hemen üzerinde seyrediyor, böylelikle DNA çok daha kararlı bir biçimde burada barınabiliyor. Yıllar geçtikçe göl dibindeki tabakalar birikiyor ve DNA çökeltili tabaka için net bir zaman ölçümü ortaya çıkarıyor.

(Sahra Çölünde, Her 20.000 Yılda Bir İklim Değişiyor)

Aslında bilim insanları için geçmiş bitki komünitelerini araştırmak için geleneksel yöntem, göl yataklarından elde edilen polen tanelerinin analizi. Fakat, Artikte yaşayan bitkilerin çoğunluğu rüzgar yerine böcekler ile tozlaşıyor, böylelikle polen toprağa oradan da rüzgarla herhangi bir yere dağılabiliyor. Bu yüzden göl dibi tabakalarından elde edilen DNA, çevredeki bitki ve yaban hayatı hakkında çok daha kesin bilgi veriyor.

Örneğin, Global Change Biology’de yayınlanan bir çalışmada, Crump ve meslektaşları antik DNA kullanarak bunu gösterdiler; Bodur Huş bitkisinin (Betula nana), Baffin Adası’na yayılma zamanı, polen çalışmalarının gösterdiği zamandan aslında 2000 yıl kadar sonra bir döneme denk geliyor – bu dönem son buzul çağından ve yeryüzünün ısınmasından çok sonra. Crump’a göre “Polen çalışmaları biraz taraflı olabiliyor, çok daha yavaş ve göç bariyerleri fazla olmasına rağmen bizi göçün daha hızlı olduğu sonucuna vardırdı.”

DNA izole etmek çok kolay bir iş değil. Bilim insanları genellikle 1 gram çamurdan oluşan örneklerini toplarken dikkatli olmalı çünkü örnekteki antik DNA kolaylıkla modern DNA ile bozulabilir. Daha sonra, izole ve temizlenmiş bir laboratuvarda ardı ardına gelen deneme yanılma yöntemleri ile izole edilebiliyor.

California Üniversitesi’nden evrimsel biyolog Beth Shapiro, “Bunu çıkarmanın çok da verimli bir yolu aslında yok,” diyor. Organik madde yönünden zengin toprak özellikle sorunlu gibi görünüyor; humik asit gibi DNA’ya benzer davranan moleküllere doygun olan bu toprak yanlış sonuçlara sebep olabiliyor.

Sonuçta elde edilen DNA karışımından bitki türlerini ayırt edebilmek için araştırmacılar genelde, DNA’nın tüm bitkilerde neredeyse evrensel olan fakat türe özel bölgelere ayrılmış bir kısmını hedef alarak bu bölgeyi çoğaltan ve metabarkodlama adı verilen bir yönteme başvuruyor. Fakat bitki dizileri için varolan veritabanları, topraktan toplanan örnekteki türleri tespit edebilmek için yeterince güvenilir değil. Norveç Arktik Üniversitesi’nden paleobotanikçi Inger Alsos, “Veritabanlarına kaydedilen dizilerin birçoğu hatalı.” diyor.

Bu sorunu gidermek için Alsos ve meslektaşları Arktik bitkileri için oluşturdukları ve PhyloNorway adını verdikleri, 2000 civarında türü barındıran tüm genom referans kütüphanesini bitirmek üzere (benzer bir çaba Alpler için 4000 tür civarına ulaştı). Geliştirilmiş veritabanları ile kuşanmış Alsos ve meslektaşları Kuzey Norveç ve Alplerde 30’dan fazla gölde örnekleme yapıyor ve son buz devri bittiğinden beri tundra iklimi görülen bölgelerde çalı bitkileri nasıl yayıldı bunu araştırıyor.

Bir Avrupa Projesi olan Future Arctic Ecosystems ise iklimle birlikte mamutlar gibi büyük herbivorların geçmiş bitki popülasyonlarına olan etkisini Arktiklere uzanan kıtalarda bulunan 10 gölü inceleyerek araştıracak. Diğer araştırmalar ise Güneydoğu Tibet, Çin veya Wyoming’deki Teton bölgesi gibi DNA’nın kararlı kalabildiği gölleri araştırmaya devam ediyor.

Daha yeni elde edilen sonuçlar, iklim değişikliğinin bitki türlerinde toptan bir azalmayı tetikleyeceği algısını kırıyor. Herzschuh, “Bu algı genel olarak saçma.” diyor. Mesela, Herzschuh’un çalıştığı kara çam ormanları…

Sonuçlarına göre son buz devrinden sonra yeryüzü ısınırken bazı kara çam türleri soğuk iklimi tercih etmelerine rağmen, daha kuzeye kaymadılar. Hatta, Herzschuh’a göre ısınma, ormanın çok daha yoğun bir popülasyona ulaşmasına neden oldu – ormanda daha çok sıklaşan tür ise soğuğu seven kara çam idi. Kuzey Rusya’nın sonlarında bulunan Ural Dağlarında bir gölde çalışan Alsos benzer bir senaryodan bahsediyor. DNA analizi sonuçlarına göre bölge ısındıkça ilk çalılar daha sonra da ağaçlar bölgeyi sarmış olmalı.

Gelecek ısınma ise bu sonuçları göstermeyebilir hatta tamamen farklı davranabilir. Çok daha sıcak zamanlarda ekosistemin kaderine dair ipuçları için bilim insanları Eemiyan dönemine dair antik DNA bulmayı umuyor. Herschuh umutlu: en eski Sibirya kaydı 70.000 yıl öncesine kadar gidiyor ve buradaki DNA en üst tabakadaki kadar iyi korunmuş. “Herhangi bir noktada bozunmaya dair bir işaret görmüyoruz.” diyor.

Göller çok daha eski kayıtlar getirdikçe, çalışma alanı sadece bitki çeşitliliği ve çokluğundaki değişimleri çalışmanın yanı sıra türe spesifik iklim değişimi adaptasyonlarını da anlamamızı sağlayacak bir noktaya doğru ilerleyebilir. Herzschuh bunu, “Zaman içinde gelişebilecek evrimsel değişimleri takip etmeye çok uzak değiliz,” diyerek noktalıyor.

Science Mag. Paul Voosen. 10 Aralık 2019.