DNA og havisens grænser

To nylige artikler fra bl.a. danske forskere har vist, at med en ny metode kan selv meget små fragmenter af gammel DNA i meterlange borekerner fra havbunden i Arktis bruges til at kortlægge liv og miljø gennem tiden.

I den ene artikel fra maj 2025 har forskerne brugt metoden til at undersøge, hvornår havpattedyr indtog de nordgrønlandske farvande efter istiden. I den anden artikel fra januar 2024 har de vist, at metoden også kan bruges til at kortlægge havisens omfang tilbage i tiden. Fremover vil metoden være et vigtigt værktøj til at kortlægge havisens, og dermed også klimaets, betydning for havdyrs ind- og udvandring i de arktiske farvande.

 

Sedimentkerner som tids- og livslinje

Udnyttelsen af de små DNA-fragmenter, som levende og døde organismer efterlader i omgivelserne, er forholdsvis ny. Professor Sofia Ribeiro fra GEUS har være medforfatter på begge de to artikler, og hun fortæller om den nye brug af gammelt DNA:

”Miljø-DNA er når man forsøger at rekonstruere noget af et miljø og de organismer, der lever i miljøet, og det er kun for nylig, at vi er begyndt at kigge efter gammelt DNA i havbundssedimenter fra Arktis. Selvom vi kan finde mikrofossiler fra mange små organismer i havbunden, har det været meget svært at få viden om fortidens dyreliv i havet, fordi vi kun har haft de fossile rester på land og fra udgravninger, der kan fortælle os lidt om, hvilke arter der fandtes i området. Og de fund er meget sparsomme.”

”Nu har vi så testet metoden sedimentary ancient DNA (sedaDNA, sedimentær forhistorisk DNA) på fire havbundskerner fra Nordgrønland. Her ville min kollega Eline Lorenzen (professor på Globe Institute på Københavns Universitet) og jeg se, om vi kunne finde spor af havdyr som isbjørn og nogle bestemte sæl- og hvalarter, og hvordan de har reageret på skiftende klimaer de seneste ca. 12.000 år – dvs. efter ophør af den seneste istid. Det var et spændende samarbejde mellem GEUS og Globe.”

 

Tager man en prøve fra en sedimentkerne og undersøger den for DNA-fragmenter, vil det være en næsten uoverskuelig og meget dyr opgave at finde specifikke arter, hvis man ikke målretter sin analyse. Det var derfor, at forskerne brugte en metode, der gik målrettet efter DNA fra havpattedyr som sæler, hvaler og isbjørn. Skulle de undersøge alt DNA i en prøve, kunne de risikere at få indsamlet så mange DNA-fragmenter fra bakterier, svampe, planter, fisk, havpattedyr, fugle og hvad der ellers måtte ligge det pågældende sted i havet, at fragmenterne fra havpattedyrene ville være gemt og svære at finde blandt millioner af andre DNA-fragmenter.

 

I artiklen fra maj 2025 har forfatterne i de fire havbundskerner søgt specifikt efter DNA fra ni forskellige havpattedyr: Fire arter af sæler, fire arter af hvaler – og isbjørn. For at kunne sammenholde forekomsten af arterne med de klimatiske forhold på de fire lokaliteter, er parametre som produktivitet af alger i havisen, primærproduktivitet, lufttemperatur og andel af vand, der kommer fra Atlanterhavet, også undersøgt fra samme lag i sedimentkernen, som DNA-prøverne er udtaget fra. Og Sofia Ribeiro pointerer:

 

”For første gang kan vi nu koble specifikke dyr sammen med de fysiske forhold i havet på det pågældende sted, fordi kernerne fra havbunden både indeholder data om dyrelivet og de biologiske og fysiske forhold, der var til stede på det pågældende tidspunkt og lokalitet. Hidtil har vi måtte bruge data for fx temperaturer, havis og havstrømme fra steder, der lå så tæt på lokaliteten som muligt med de usikkerheder, det måtte indebære. Nu kan vi få samlet alle disse data fra de forskellige lag i en enkelt sedimentkerne.”

 

DNA fra de fire sedimentkerner fra forskellige steder i Nordgrønland viser, hvordan havpattedyrene følger havisens tilbagetrækning, efterhånden som klimaet blev varmere efter istidens ophør. En havbundskerne fra Melvillebugten i det vestlige Nordgrønland viser, at dyr som ringsæl, grønlandssæl og narhval var til stede for ca. 11.600 år siden. Og et par tusinde år senere fik de så følgeskab af grønlandshvalen.

Da det smalle Naresstræde mellem Canada og Nordgrønland åbnede op for ca. 9.000 år siden, gav det mulighed for at havpattedyr kunne indtage Lincoln Bassinet nord for Nordgrønland. Her har forskerne fundet DNA fra ringsæl og narhval i 8.000 år gammelt sediment.

Men hvor DNA-prøverne fortæller direkte om hvilket dyr, DNA’et kommer fra, så hentes de fysiske parametre fra proxyer, dvs. indirekte målinger. En proxy for fx havvand fra Atlanten kan være en bestemt algeart, som ikke findes i Arktis, men kun i det lunere Atlanterhav. Hvis algearten så findes i en kerne, taget i Arktis, viser den, at der på det pågældende sted på et tidspunkt har været en havstrøm fra Atlanterhavet.

Polarella-DNA som effektiv klimaproxy

I betragtning af at opvarmningen af Arktis foregår fire gange hurtigere end i resten af verden, og at havisens dække gennem hver af de seneste 18 år har været de mindste, siden man begyndte at overvåge isen med satellitter for ca. 47 år siden, er det vigtigt at forstå, hvordan havisen har reageret på skiftende klimaer i de ca. 12.000 år, der er gået, siden den seneste istid sluttede. For havisen har en central rolle i Arktis og Antarktis, når det gælder fx udveksling af varme og CO₂ mellem oceanet og atmosfæren.

Man kan bruge proxyer både fra land og fra vand – mikroalger, fossiler, kemiske stoffer mm. Ingen af dem er dog iflg. artiklens forfattere optimale, hvorfor de foreslår en ny proxy: DNA fra mikroalgen Polarella glacialis, som lever i førsteårshavisen.

For at kortlægge algens forekomst, indsamlede forskerne et stort antal prøver fra det meste af Arktis. Fra Nordøst- og Nordvestgrønland og flere steder rundt om i Det arktiske Ocean. Der blev indsamlet prøver fra førsteårsisen, fra vandsøjlen og havbunden under førsteårsisen, og – nok så vigtigt – prøver igennem en ca. seks meter dyb sedimentkerne fra det vestlige Nordgrønland. Alle steder fandt man Polarella.

Skulle Polarella kunne bruges som proxy for tilstedeværelsen af havis tilbage i tid, måtte den nødvendigvis dukke op i sedimentkernen. Og det gjorde den. Ved at holde den op mod andre havisproxyer, passer forekomsten af Polarella med varmere og koldere perioder. Efter istidens afslutning for ca. 12.000 år siden faldt indholdet af Polarella-DNA i sedimentkernen, fordi klimaet blev varmere – og også varmere end i dag – indtil for ca. 6.000 år siden, hvor DNA-indholdet begyndte at stige. Klimaet blev nemlig køligere igen.

Som Sofia Ribeiro siger:

”Hvis man tager tilstrækkelig mange prøver ud, der dækker tiden efter istiden, så kan man producere kort, der viser, hvor havisen har været hvornår. Og det er data, der kan bruges i klimamodellerne.”

Forskerne er nu i gang med at kombinere de to metoder og udvikle nye klimaproxier, der kan bidrage med viden om bl.a. havstrømme og deres udvikling under klimaforandringer. Iflg. Sofia Ribeiro kan potentialet for sedimentary ancient DNA metoden måske række et par millioner år tilbage. Om det videre arbejde siger professoren:

”Vi står på tærsklen til noget spændende arbejde, da vi har fået nye laboratorier til at arbejde med sedaDNA og har for nylig bragt unikke prøver med hjem fra internationale ekspeditioner til Arktis. Med vores fremtidige undersøgelse vil vi få et meget mere komplet billede af havbiodiversitet, klima og deres samspil i perioder tilbage i tiden, som var varmere end i dag.”