Mammutar, människor och molekyler

Transkript

1 Mammutar, människor och molekyler Kerstin Lidén, Arkeologiska Ak ik forskningslaboratoriet, i t Love Dalén, Naturhistoriska Riksmuseet, Veronica Nyström, Anders Angerbjörn, Zoologiska institutionen Sergei Vartanyan, Herzen university, St. Petersburg

2 Utdöende: i moderna populationer oftast kopplat till mänskliga aktiviteter som jakt, förändring av habitat och introduktion av nya arter i förhistoriska populationer oftast kopplat till förändringar i klimat utdöendet d t av den stora Pleistocena megafaunan (mammut) förklaras oftast av en klimatförändring i kombination med antropogen (människan) påverkan

3 Mammutar

4 / Namn Namn, Institution eller liknande

5 Loves bilder / Namn Namn, Institution eller liknande

6 / Namn Namn, Institution eller liknande

7

8

9 /

10 Climate Change, Humans, and the Extinction of the Woolly Mammoth Nogue s s-bravo et al. PLoS Biology 2008 Maps of Projected Climatic Suitability for the Woolly Mammoths in the Late Pleistocene and Holocene

11 Maximal utbredning av mammut under sen- Pleistocene Álvarez-Lao et al. / Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology (2009)

12 Mammut: populationsmönster ka En punkt = en 14C-daterad individ

13 BP Russian Plain refugium

14 Återexpansion BP habitat tracking

15 Declining population p paradigm Caughley 1994 Minskningen beror på: Förändringar i klimat - föda Förändringar i predatorer Nya sjukdomar

16 Sammanfattning: Gynnsamma förhållanden ökad utbredning Dåliga förhållanden minskad utbredning Typisk habitat tracking Precis som människan

17 Exampel på misslyckande av habitat tracking och utdöende av en population Pleistocena fjällrävar i Europa Dalén L et al. PNAS by National Academy of Sciences

18 Människor

19 Och varför är vi så fascinerade av det?

20 Anpassning till olika naturmiljöer Människan sprider sig över alla kontinenter Hon har förmåga att anpassa sig till en rad olika naturmiljöer (habitat tracking) Hon har kultur (frigör sig från habitat tracking)

21

22

23 Human presence in the European Arctic nearly years ago, Pavlov, Svendsen, Indrelid Nature 2001

24

25 Kostenki, strax syd om Moskva bone and ivory artifacts from the lowest layer at Kostenki a perforated shell, three human figurines dating to about 45,000 years ago

26 Sungir, ca BP /

27 Mezhirich, i h Kiev vid Dnepr, ca BP / Namn Namn, Institution eller liknande

28 Molekyler Från ben och annat

29 Stratigraphic profile and location (see inset map) of the Stevens Village site. Haile J et al. PNAS by National Academy of Sciences

30 Calibrated radiocarbon dates from four coprolites at Paisley 5 Mile Point Caves (bottom section) Published by AAAS Gilbert et al. Science (2008)

31 Fig. 6. Divergence estimates for human and Neanderthal genomic sequences and ancestral human and Neanderthal populations, shown relative to dates of critical events in modern human and Neanderthal evolution (2, 22, 25) 569,000 y.a. 465,000 y.a. Green et al Nature J. P. Noonan et al., Science 314, (2006) Published by AAAS

32 Denisova cave, Sibirien Homo denisova Ben från ett finger, daterat till BP some 400 genetic differences

33 Distribution of pairwise nucleotide differences. J Krause et al. Nature (2010)

34 Phylogenetic tree of complete mtdnas. J Krause et al. Nature 464, (2010) doi: /nature08976

35 Sites of recovery of the mammoth hair specimens whose complete mitochondrial genome sequences have been reported. Gilbert et al. PNAS by National Academy of Sciences

36 Temporal distribution of 43 14C dated clade I and 11 clade II mammoths. Gilbert et al. PNAS by National Academy of Sciences

37 Nordöstra Sibirien Del av Beringia under Sen Pleistocen Kärnområde för evolution av mammut M. primigenius i i utvecklades från M. trogontherii för ca 700 tusen år sedan Hög mtdna diversitet BP yngsta datering ~215 mammoth sequences

38 Phylogenetic trees inferred using Bayesian analysis of complete mitochondrial genomes, drawn to time scales, with mammoth clades indicated. Gilbert M T P et al. PNAS 2008;105: by National Academy of Sciences

39 Isotoper Kol - 13 C/ 12 C; as CO 2 ; terrester vs marin; fotosyntes Kväve 15 N/ 14 N; as N 2 ; trofinivå Strontium 87 Sr/ 86 Sr; geologi Syre 16 O/ 18 O; as CO 2 ; klimat Svavel 34 S/ 32 S; as SO 2 2; geologig

40 (1) Taimyr Peninsula, (2) Yakutia, (3) Gydan Peninsula, (4) Wrangel Island, (5) Central Alaska and Yukon. δ13c and δ15n for mammoth bone collagen. Closed circles from Siberia, open circles from eastern Beringia (Alaska and Yukon). Szpak et al. / Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 2010

41 Western Beringia Eastern Beringia P. Szpak et al. / Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 286 (2010)

42 Nordöstra Sibirien

43 WRANGEL

44 Nortdöstra Sibirien

45 Dvärgformerr

46 Metoder DNA extraktion 740bp mtdna 4 microsatellite loci (~100 bp) 59 specimens Alla 14 C daterade Ålder: BP

47 Förändringar i genetisk struktur Mitokondrie DNA (clade I diversitet i NÖ Sibirien) Före isolering (38 12 kya) Efter isolering (9 3.7 kya)

48 Haplotypdiversitet med standard error (s.e.) och provstorlek (n) på Wrangel före BP, mellan BP och BP Nyström V et al. Proc. R. Soc. B 2010;277: by The Royal Society

49 Förlust av diversitet i slutet av Pleistocen? mtdna Microsatellites Förlust: ~73% Förlust: ~32%

50 Minskad diversitet mellan och 9000 år BP, men ingen vidare minskning under Holocene ett plötsligt utdöende? Vi ser en förändring in den genetiska strukturen i samband med att Wrangel isoleras från fastlandet Minskning i N e från ca till 1400 Mest troligt är att det beror på en bottleneck, och inte population replacement Inga andra större förändringar i genetisk struktur mellan och 4000 BP Överensstämmelse mellan mtdna och Överensstämmelse mellan mtdna och microsatellite markörer

51 Så varför dog mammutarna ut på Wrangel? Något nytt som Predatorer? * Människor, äldsta datering från en härd 150 äldre än den hittills yngsta mammutdateringen * Parasiter? (Ross Mc Phee) *Länge leve Isbjörnen, men död åt mammuten (?)

52 / Namn Namn, Institution eller liknande

53 A network showing the relationship between mitochondrial DNA haplotypes on Wrangel Island and previously published haplotypes within haplogroups D and E (sensu Debruyne et al. 2008). Nyström V et al. Proc. R. Soc. B 2010;277: by The Royal Society

54 Simulated probability of obtaining five or more haplotypes during the isolation period on Wrangel Island assuming that the population was monomorphic in generation t = 0, and that all the variation observed was generated by mutation. Nyström V et al. Proc. R. Soc. B 2010;277: by The Royal Society

55

56 Stenålderslokalen Luspasjaure, Västerbotten, 3200 BC Photo: Berit Andersson

57 Fig. 1. Geographical and stereographical information on Paisley 5 Mile Point Caves M. T. P. Gilbert et al., Science 320, (2008) Published by AAAS

58 Isotoper Stabila Sönderfaller inte Används tex i dietstudier Ex. 12 C, 13 C Radioaktiva Sönderfaller Känd halveringstid Används för datering tex 14 C (5568 år)

59 KOL 13 C/ 12 C Andelen marin kontra terrestrisk diet Havsvattnets bikarbonat / atmosfärisk koldioxid Vilken typ av växt som varit tongivande i dieten C3 C4 CAM Skillnaderna beror på olika fotosyntes hos växter Dessa skillnader återfinns i kollagenet hos de djur som livnär sig på dessa växter, och vidare upp i näringskedjan (anrikning 1 ).

60 Isotopfraktionering 13 C C4-växter; Majs, durra, Hirs, Sockerrör

61 KVÄVE 15 N/ 14 N Trofinivå 15 N anrikas 3 per trofinivå Ariditet 15 N anrikas pga att djur i en sådan miljö inte har råd att släppa ifrån sig några stora mängder vätska Marin / terrestrisk es s miljö Indirekt; den marina näringskedjan är längre än den terrestra

62 Isotopfraktionering 15 N

63 Climate Change, Humans, and the Extinction of the Woolly Mammoth D. Nogue s-bravo, J. Rodrıguez, J. Hortal, P. Batra, M. B. Araujo PLoS Biology April 2008 Volume 6 Issue 4 e79 Figure 2. Change in the Area (%) of the Different Suitable Climatic Conditions for Woolly Mammoths best suitable - least suitable

64

65 Nursing, weaning, and tooth development in woolly mammoths from Old Crow, Yukon, Canada Implications for Pleistocene extinctions Jessica Z. Metcalfe a,,, Fred J. Longstaffea and Grant D. Zazulab P l h P l li t l P l l Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology Volume 298, Issues 3-4, 15 December 2010, Pages