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Nature Communications volume 12, Número do artigo: 7120 (2021) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A grosseria temporal e espacial dos registros fósseis da megafauna complica as tentativas de desembaraçar os impactos relativos das mudanças climáticas, reestruturação do ecossistema e atividades humanas associadas às extinções do Quaternário Superior. Avanços na extração e identificação de DNA antigo que foi lançado no meio ambiente e preservado por milênios em sedimentos agora fornecem uma maneira de aumentar as assembléias paleontológicas descontínuas. Aqui, apresentamos um registro antigo de DNA sedimentar de 30.000 anos (sedaDNA) derivado de loessal permafrost loessal na região de Klondike em Yukon, Canadá. Observamos uma mudança substancial na composição do ecossistema entre 13.500 e 10.000 anos atrás, com o surgimento de arbustos lenhosos e o desaparecimento do ecossistema de estepe-mamute (estepe-tundra). Também identificamos um sinal persistente de Equus sp. (cavalo norte-americano) e Mammuthus primigenius (mamute lanoso) em vários locais que persistem milhares de anos após sua suposta extinção do registro fóssil.

Os humanos evoluíram e se espalharam pelos continentes em uma época dominada por mamíferos terrestres gigantes. A megafauna (massa corporal ≥ 44 kg) só existe hoje em densidades comparáveis em pequenos refúgios (principalmente na África), onde a maioria de suas populações está em estado de declínio, e muitas dessas espécies estão ameaçadas ou em perigo1,2. Acredita-se que as reverberações ecológicas associadas ao Pleistoceno Superior (130.000 a 11.700 anos antes do presente [BP]), perda de aproximadamente 101 dos 150 gêneros3 dos maiores animais terrestres da Terra, reestruturaram a biosfera terrestre, impactando a composição e diversidade da vegetação, biogeoquímica e clima sistemas de feedback4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. Este rearranjo dos ecossistemas terrestres, incluindo grandes mudanças de alcance biogeográfico, extirpações locais e extinções generalizadas, é considerado por alguns como o resultado direto da rápida mudança climática e feedbacks ambientais concomitantes durante o final do Pleistoceno14,15,16,17. Outros afirmam18,19,20,21,22,23 que fatores exclusivos do último período glacial são os culpados, como a dispersão coincidente de um novo predador – o Homo sapiens. É provável que nenhum fator único possa explicar a magnitude escalonada de tais perdas globalmente, mas sim que cada ecossistema experimentou um conjunto variável de pressões combinadas localmente17,24,25. Os processos tafonômicos desafiam as tentativas de separar as nuances paleoecológicas das extinções do Quaternário tardio (LQE), necessitando de estimativas relativamente precisas para declínios populacionais da megafauna e datas da última aparição26,27, para tempos de mudanças ecológicas (por exemplo, mudanças na estrutura da comunidade vegetal), bem como quanto a evidências arqueológicas robustas de impactos antropogênicos.

No caso da Beríngia oriental (regiões não glaciais de Yukon, Canadá e Alasca, EUA), Guthrie16, Mann et al.28,29 e Rabanus-Wallace et al.30 argumentam que a expansão de arbustos lenhosos e turfeiras após um aumento da umidade durante o final do Pleistoceno foi o principal contribuinte para a perda de herbívoros da megafauna, incluindo mamute, cavalo e bisão. Em contraste, Zimov et al.23,31 afirmam que as extirpações da megafauna precederam um aumento nos arbustos lenhosos, com a perda de megaherbívoros fundamentais levando ao desaparecimento do bioma de estepe mamute, dominado por graminóides e forbos5,31,32,33. Desvendar os tempos relativos de reestruturação ecológica versus declínios populacionais da megafauna muitas vezes excede a resolução34 dos registros quaternários.

Aqui, apresentamos dados sedimentares enriquecidos de DNA antigo (sedaDNA) de captura de hibridização derivados de loessal preservados em permafrost (Fig. 1, Tabela 1) e recuperados de quatro locais nos campos de ouro de Klondike - uma região não glacial do território centro-oeste de Yukon, Canadá35 - datando de ca. 30.000–4.000 anos calibrados (calendário) antes do presente (cal BP). Este trabalho baseia-se nos resultados metodológicos relatados em Murchie et al.36 em que o DNA do cavalo norte-americano (Equus caballus) e do mamute lanoso (Mammuthus primigenius) foi inesperadamente identificado em uma amostra de permafrost datada de ~9700 cal BP. Isso é posterior à última evidência macrofóssil (como ossos, dentes e tecidos moles) desses animais no Alasca em cerca de 3.300 anos. Essa data tardia é indicativa de uma faixa fantasma substancial (população críptica) - uma faixa espaço-temporal estendida derivada de proxies paleoecológicos que datam os últimos restos macrofósseis37.

16,500– 8500 cal BP, sits toward the middle of a broad valley, and shows no evidence of erosion or redeposition by slope wash or thermokarst-induced slumping—suggesting that reworked early Holocene sedaDNA is of less concern at the Lucky Lady II site./p>

95%) adaptemers (adapter chimeric DNA), and likewise contained no signal of the ecologically relevant organisms under investigation here or in that previous work. As all 13 negative controls were processed identically in parallel with the permafrost subsample replicates (Supplementary Figs. 34–54), and yet contain none of the same sedaDNA signal (Figs. 2, 4, Supplementary Fig. 55), we can conclude that the trends observed here originate from the sediments themselves and are not the result of contamination./p>14,000 cal BP) human presence in eastern Beringia is controversial but has been suggested based on possible anthropogenic cutmarks at Bluefish Caves144,145,146,147 and the identification of allegedly human fecal biomarkers and a coinciding rise of fire activity on the Alaskan North Slope148,149,150,151. However, these records lack unambiguous artifacts, features, or other clear indications of middle Upper Palaeolithic lifeways as seen in eastern Siberia152,153,154,155,156. At this time, there is no clear evidence for an ecologically significant human presence in eastern Beringia prior to ca. 14,000 cal BP (Supplementary Figs. 2–3). Thereafter, low fecundity megafauna72,157, who had already undergone millennia of oscillating climatological and ecological pressures, may have been vulnerable to novel anthropogenic forces25,158,159,160,161,162 that lack archaeological visibility due to the emergence of post-LGM, high mobility lifeways156,163. Currently, evidence of anthropogenic contributions to the ecological turnover in eastern Beringia remain functionally absent, being at most but one enigmatic component in a synergistic set of compounding pressures25. SedaDNA analyses of Pleistocene permafrost targeting human DNA may prove key to addressing lingering unknowns in the peopling of Beringia./p>50 unique sedaDNA molecules identified as Elephantidae at ~9500 cal BP is significant relative to older cores considering the otherwise substantial ecological turnover./p>

100 mJ/cm2./p>30 min, then heated overnight in an oven at ~130 °C. Once the tools had cooled the next day, work surfaces were cleaned with bleach and Nanopure water and covered with sterile lab-grade tin foil. Sediment cores previously split into disks106,109 and stored at −20 °C had the upper ~1 mm of external sediment chiselled off to create a fresh sampling area free of exogenous contaminants. For those cores that had not yet been split, a bleach and UV decontaminated handsaw was used to create a groove ~1–2 cm deep around the circumference of the core. A ~1 inch chisel was placed into the groove and a hammer was used to gradually split the core through percussion around the circumference. Once split, this opened a fresh interior surface previously unexposed to sampling equipment. For both the previously split and newly split cores, a small (~1/4 inch) decontaminated chisel was then used to carefully remove interior sediment from the core, which was collected in a weigh boat. After enough material was acquired for multiple extractions (~2–5 g), the core was covered in sterile tin foil and re-frozen. The subsampled material in the weigh boat was homogenized by manually stirring using a small metal chisel as the sediment thawed. This sediment was transferred to a 50 mL falcon tube and refrozen. Thereafter, the work area was thoroughly cleaned with bleach and Nanopure water, all plastic-ware was discarded, and metal tools were placed across the room for decontamination. The now decontaminated workspace was prepared again with sterile tin foil and another core sample. Gloves were changed frequently throughout subsampling (multiple times per core) to minimize cross and exogenous contamination. New metal tools that had been bleach, UV, and heat decontaminated from the previous day were used for each new core and all sterile tools remained isolated in the oven during subsampling. The homogenized sediments for each core were later subsampled for subsequent DNA extractions./p>

output.fasta) and were string deduplicated using the NGSXRemoveDuplicates module of NGSeXplore (https://github.com/ktmeaton/NGSeXplore)./p>

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