Unter dem sibirischen Permafrost lag ein Vorrat aus der Eiszeit, den ein Ziesel angelegt hatte, und darin überdauerte Pflanzenmaterial über eine kaum vorstellbare Zeitspanne. In 38 Metern Tiefe fanden sich Früchte von Silene stenophylla, deren Alter mit 31.800 ± 300 Jahren bestimmt wurde, also weit jenseits jeder historischen Überlieferung. Aus winzigen Teilen ihres Fruchtgewebes entstanden im Labor wieder vollständige Pflanzen, die blühten und neue keimfähige Samen bildeten. Gerade diese Verbindung aus enormer Tiefe, hohem Alter und erneuter Fortpflanzungsfähigkeit macht den Fund so außergewöhnlich.
Im Jahr 2012 arbeitete Svetlana Yashina am Institut für Zellbiophysik der Russischen Akademie der Wissenschaften in Pushchino mit Gewebe aus drei unreifen und unbeschädigten Früchten, die nicht von frisch gesammelten Pflanzen stammten. Jahrzehntausende zuvor waren sie in einem Bau eines arktischen Ziesels am Unterlauf der Kolyma im heutigen nordöstlichen Sibirien eingeschlossen worden, bevor der Boden sie dauerhaft konservierte. Die genauen Angaben zur Untersuchung sind nachzulesen unter Proceedings of the National Academy of Sciences.
Statt einen uralten Samen einfach in Erde zu setzen, nutzte das Team eine Gewebekultur, bei der lebende Pflanzenzellen auf einem sterilen Nährmedium versorgt werden, bis sich daraus neue Triebe und später vollständige Pflanzen entwickeln. Frühere Versuche mit sehr altem Samenmaterial hatten nicht zu normal wachsenden Pflanzen geführt, weshalb die erhaltenen Zellen im Inneren der Frucht entscheidend wurden. Der entscheidende Erfolg beruhte damit nicht auf einem Samen, der nach Jahrtausenden plötzlich wieder keimte, sondern auf erhaltenem Gewebe im Inneren der Frucht, das seine Fähigkeit zur Teilung und weiteren Entwicklung über die lange Lagerungszeit bewahrt hatte.
Am Duvanny Yar, einer Steilküste am Unterlauf der Kolyma, lagen die Früchte in einem fossilen Bau, dessen Vorratskammern Pflanzenreste enthielten, die kleine Erdhörnchen als Nahrung gesammelt hatten. In der untersuchten Kammer waren Samen und Früchte von Silene stenophylla besonders häufig, während der umgebende Permafrost nach Angaben der Originalarbeit ungestört und nie aufgetaut war. Bei ungefähr −7 Grad Celsius blieb das Material damit über sehr lange Zeit in einem natürlichen Kältespeicher eingeschlossen.
Für die Altersbestimmung kam Beschleuniger-Massenspektrometrie zum Einsatz, eine besonders empfindliche Form der Radiokarbonmethode, bei der radioaktiver Kohlenstoff im organischen Material gemessen wird. Aus dieser direkten Datierung ergab sich für die untersuchten Früchte ein Alter von 31.800 ± 300 Jahren, sodass die Tiefe allein nicht als Altersmaß dienen musste. Wie außergewöhnlich dauerhaft gefrorener Boden biologische Spuren bewahren kann, zeigt auch ein anderer Fund, bei dem Bakterien nach 40.000 Jahren im Permafrost wieder aktiv wurden.
Zur Regeneration verwendete das Team Teile der Placenta der Frucht, also jenes Gewebes, an dem die Samen im Inneren befestigt sind. Aus Fragmenten von drei unreifen Früchten bildeten sich auf dem Nährmedium neue Triebe, die anschließend weiter vermehrt und schließlich in Erde gesetzt wurden. Dabei musste nicht jedes einzelne Gewebestück eine neue Pflanze hervorbringen, denn bereits wenige erhaltene Zellen konnten genügen, sofern sie noch zur Teilung und weiteren Entwicklung fähig waren.
Silene stenophylla gehört zu den Nelkengewächsen und wächst auch heute noch in Nordostsibirien, weshalb die alten Pflanzen keine Rekonstruktion einer ausgestorbenen Art waren. Zum Vergleich zog das Team moderne Exemplare derselben Art aus Samen der Region heran und beobachtete Unterschiede in mehreren Wachstumsmerkmalen. Regenerierte Pflanzen bildeten im Labor mehr Knospen, während die modernen Vergleichspflanzen schneller Wurzeln entwickelten, was die Autoren als verschiedene Erscheinungsformen derselben Art einordneten und nicht als Hinweis auf eine neue Art.
Nach der erfolgreichen Regeneration folgte der entscheidende Test, denn einige grüne Triebe allein belegen noch keine vollständig lebensfähige Pflanze. Die aus dem Eiszeitmaterial gezogenen Exemplare entwickelten Blüten und später Früchte, deren Samen keimfähig waren und wiederum eine weitere Generation hervorbrachten. Diese Nachkommen durchliefen alle Entwicklungsstadien, sodass aus dem alten Fruchtgewebe tatsächlich fortpflanzungsfähige Pflanzen entstanden waren und nicht nur kurzlebige Zellkulturen.
Von einer 32.000 Jahre alten Blume zu sprechen, die einfach wieder aufgeblüht sei, würde den tatsächlichen Vorgang deshalb stark vereinfachen, weil weder eine gefrorene Blüte aufgetaut noch ein uralter Samen direkt zum Keimen gebracht wurde. Stattdessen regenerierte das Team aus erhaltenem mütterlichem Fruchtgewebe eine vollständige Pflanze, wodurch sich der Erfolg trotz beschädigter Samenstrukturen erklären lässt. Eine Zusammenfassung der geprüften Kernaussagen ist nachzulesen unter PubMed.
Sehr niedrige Temperaturen verlangsamen chemische Reaktionen und damit viele Prozesse, die Zellbestandteile schädigen, während das Material zugleich tief im dauerhaft gefrorenen Sediment eingeschlossen blieb. Für die Früchte berechneten die Forscher über die gesamte Lagerzeit eine aufgenommene Gammastrahlendosis von 0,07 Kilogray, obwohl Teile des Gewebes weiterhin biologisch nutzbar waren. Gerade die Kombination aus Kälte, tiefer Lagerung und ungewöhnlich gut erhaltenem Fruchtgewebe schuf damit Bedingungen, unter denen einzelne Zellen über eine extreme Zeitspanne funktionsfähig bleiben konnten.
Als zusätzlichen möglichen Schutzfaktor nannten die Autoren die besondere Widerstandsfähigkeit des Placenta-Gewebes gegen Kälte, während das Experiment vor allem die erhaltene Entwicklungsfähigkeit dieser konkreten Zellen belegt. Bei anderen Pflanzenarten können die Voraussetzungen völlig anders sein, sodass der Fall keine allgemeine Haltbarkeitsregel für Pflanzenmaterial im Permafrost liefert. Für die Kryobiologie, also die Forschung über biologische Systeme bei sehr niedrigen Temperaturen, ist der Fund dennoch bemerkenswert, weil hier ein natürlicher Langzeitspeicher mit einer kontrollierten Wiederanzucht im Labor verbunden wurde.
Dauerhaft gefrorene Böden können nicht nur Pollen, Knochen oder einzelne DNA-Fragmente bewahren, sondern unter besonders günstigen Bedingungen offenbar auch Gewebe, das noch zu Wachstum fähig ist. Für die Biologie eröffnet genau dieser Unterschied zusätzliche Möglichkeiten, weil lebende Nachkommen mehr Informationen liefern als isoliertes Erbmaterial und Wachstum, Entwicklung sowie Fortpflanzung direkt beobachtet werden können. Das Material aus dem Zieselbau wurde damit zu einem biologischen Archiv, das nicht nur erkennbare Spuren einer vergangenen Pflanze enthielt, sondern sogar noch Zellen, aus denen unter den kontrollierten Bedingungen des Experiments wieder vollständige Pflanzen entstehen konnten.
Aus dem Permafrost entstand trotzdem keine Eiszeitlandschaft von selbst, denn für die Wiederanzucht waren sterile Bedingungen, passende Nährstoffe und gezielte Gewebekultur im Labor erforderlich. Am Ende steht deshalb nicht das Bild einer plötzlich erwachten Samenbank, sondern das einer kleinen weißen Silene stenophylla, deren Zelllinie wieder blühen konnte, weil ein Ziesel vor mehr als dreißig Jahrtausenden Pflanzenmaterial sammelte und gefrorener Boden einen Teil davon außergewöhnlich lange bewahrte.
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