Under de senaste 450 000 åren har jorden gått igenom upp till fem olika istidscykler, där klimatet gått från en kall till en varm period och tillbaka igen. Varje cykel har haft stor påverkan på livsmiljön för både växter och djur. I dag står vi inför en ny klimatförändring med en ökande temperatur som kommer att innebära stora förändringar av biosfären.

– Vi har en rätt så god förståelse av hur temperaturhöjningen vid slutet av den senaste istiden påverkade jordens ekosystem. Men det är mycket möjligt att de tidigare istiderna påverkade växter och djur på ett helt annat sätt, säger Peter Heintzman, doktor i paleogenetik vid University of London och forskningsledare vid Stockholms universitet.

För att se flera hundratusentals år tillbaka i tiden tar Peter Heintzman sedimentprover och avancerad genetik till hjälp. Forskningsfältet är paleogenetik och gifter samman paleontologi och arkeologi med moderna biomolekylära och genetiska metoder.

– Vi drar nytta av den kraftfulla tekniska utvecklingen inom DNA-analys och använder nya metoder för att undersöka sedimentprover. Det ger oss ögonblicksbilder av hur ekosystemen såg ut för flera hundratusentals år sedan, säger han.

Förenklat uttryckt silas all DNA fram ur ett jordprov för att sedan identifieras i form av växter och djur. Sammantaget ger det en uppfattning om hur ekosystemet såg ut vid en viss tid i historien: vilka djur som rörde sig i terrängen, och vilka träd och buskar som växte just då. 

Rekordgammalt DNA

För bara tre år sedan kom det äldsta DNA:t som någonsin utvunnits från en häst som levde för 700 000 år sedan. I dag är rekordet slaget med råge. Nyligen publicerade Heintzman, tillsammans med sina kollegor vid Stockholms universitet, arvsmassan från en mammut som levde på Sibiriens stäppmarker för 1,2 miljoner år sedan.

– När vi går tillbaka så långt i historien så blir det också möjligt att följa evolutionen i hälarna. Genom att följa förändringar i arvsmassan ser vi hur djur och växter utvecklas fram till idag, hur olika ekosystem förändras och även går förlorade, säger han. 

Centrum för paleogenetik är bland en handfull platser i världen där det är möjligt att utvinna och analysera förhistoriskt DNA i denna omfattning.

Lärdomarna kan hjälpa oss att förstå vilka svårigheter vi själva står inför: vilka arter som kan behöva extra insatser för att kunna överleva en kommande klimatförändring.

– När vi vet på vilket sätt ekosystemen förändras och hur snabbt kan vi också bli bättre på att förutsäga vår framtid. Vi kan se att det dröjde ett millenium efter den senaste istiden i norra Skandinavien för ett ekosystem som liknar dagens att utvecklas. Den kunskapen ger oss en insikt om hur lång tid det tar för ett ekosystem att hämta sig från en klimatförändring.

Nyttjar tidigare forskning

Sedimentproverna tas i form av borrkärnor både från hav och land. Havsprover finns redan tillgängliga från tidigare forskning vid Stockholms universitet, främst från Norra ishavets botten. När det gäller landprover så besökte Peter Heintzman och hans kollegor flera platser i Alaska och norra Kanada i somras. Här finns områden som har varit isfria under den senaste miljonen år vilket gör dem extra lämpliga för provtagning.

I källaren vid institutionen för geovetenskap delas jordpelarna upp för att kunna tidsbestämmas. För att säkerställa hur gammalt ett sedimentprov är krävs andra metoder än den gängse kol-14-metoden som bara fungerar för de senaste cirka 50 000 åren. I stället tittar forskarna bland annat på askan från historiska vulkanutbrott. Varje vulkanutbrott har sitt eget geologiska fingeravtryck som kan analyseras och tidsbestämmas.

Därefter söks proverna igenom efter DNA från växter och djur. För att lyckas anrika och identifiera arvsmassan används flera olika metoder som alla ryms under namnet metagenomik. Målet är att finna så mycket DNA som möjligt samtidigt som man sorterar bort bakterier och svampar som kan komma från tidsperioder närmare dagens.

All DNA som återfinns sekvenseras och jämförs sedan med öppna databaser som de som skapas inom ramen för Earth Biogenome Project. Det är ett världsomspännande initiativ med målet att kartlägga arvsmassan hos över en miljon arter. Här deltar även Sverige med kunskap och kompetens från SciLifeLab.

– Inget av det vi gör är enkelt, utan kan snarare liknas vid ett detektivarbete. Men med hjälp av moderna genetiska metoder kan vi lägga ett pussel över såväl växter och djur som bildar hela ekosystem. Vi har en stor potential att fylla i många av dagens kunskapsluckor, säger Peter Heintzman.

Flera av metoderna som används har Peter Heintzman utvecklat vid Norges arktiska universitet och University of California Santa Cruz. I dag bedriver han sin forskning vid Centrum för paleogenetik vid Stockholms universitet.

Redan som barn var Peter Heintzman intresserad av forntida historia. Han växte upp på den engelska landsbygden, och brukade föreställa sig hur landskapet hade sett ut och hur människor levde, när England var fyllt av skogar. 

– Kanske borde jag ha blivit paleontolog egentligen, men när jag gjorde min masteruppsats så läste jag om förhistoriskt DNA. Det var ett fält där jag kunde kombinera mitt förhistoriska intresse med biologi och kemi. Sedan dess har jag aldrig ångrat mig, säger Peter Heintzman.

Text Magnus Trogen Pahlén
Foto Magnus Bergström