Use of Ancient Sedimentary DNA as a Novel Conservation Tool for High-Altitude Tropical Biodiversity

Conservation of biodiversity may in the future increasingly depend upon the availability of scientific information to set suitable restoration targets. In traditional paleoecology, sediment-based pollen provides a means to define preanthropogenic impact conditions, but problems in establishing the exact provenance and ecologically meaningful levels of taxonomic resolution of the evidence are limiting. We explored the extent to which the use of sedimentary ancient DNA (sedaDNA) may complement pollen data in reconstructing past alpine environments in the tropics. We constructed a record of afro-alpine plants retrieved from DNA preserved in sediment cores from 2 volcanic crater sites in the Albertine Rift, eastern Africa. The record extended well beyond the onset of substantial anthropogenic effects on tropical mountains. To ensure high-quality taxonomic inference from the sedaDNA sequences, we built an extensive DNA reference library covering the majority of the afro-alpine flora, by sequencing DNA from taxonomically verified specimens. Comparisons with pollen records from the same sediment cores showed that plant diversity recovered with sedaDNA improved vegetation reconstructions based on pollen records by revealing both additional taxa and providing increased taxonomic resolution. Furthermore, combining the 2 measures assisted in distinguishing vegetation change at different geographic scales; sedaDNA almost exclusively reflects local vegetation, whereas pollen can potentially originate from a wide area that in highlands in particular can span several ecozones. Our results suggest that sedaDNA may provide information on restoration targets and the nature and magnitude of human-induced environmental changes, including in high conservation priority, biodiversity hotspots, where understanding of preanthropogenic impact (or reference) conditions is highly limited. Uso de ADN Sedimentario Antiguo como una Herramienta Novedosa de Conservacion para la Biodiversidad Tropical de Grandes Altitudes Resumen La conservacion de la biodiversidad en el futuro puede depender cada vez mas de la disponibilidad de la informacion cientifica para establecer objetivos de restauracion adecuados. En la paleoecologia tradicional el polen hallado en sedimentos proporciona un medio para definir las condiciones de impactos preantropogenicas, pero hay problemas en el momento de establecer su proveniencia exacta y los niveles ecologicamente significativos de su resolucion taxonomica. Exploramos el grado en el que el uso de ADN sedimentario antiguo (ADN seda) puede complementar la informacion del polen en la reconstruccion de ambientes alpinos del pasado en los tropicos. Construimos un registro de plantas afro-alpinas tomadas de ADN preservado en nucleos sedimentarios de dos sitios de crateres volcanicos en la Falla Albertina, al oriente de africa. El registro se extendio mas alla del comienzo de los efectos antropogenicos sustanciales en las montanas tropicales. Para asegurar la inferencia taxonomica de alta calidad de las secuencias de ADN seda, construimos una biblioteca extensa de referencias de ADN cubriendo la mayoria de la flora afro-alpina, secuenciado el ADN de especimenes taxonomicamente verificados. Las comparaciones con los registros de polen de los mismos nucleos sedimentarios mostraron que la diversidad de plantas recuperada con el ADN seda mejoro las reconstrucciones de vegetacion con base en los registros de polen al revelar tanto taxones adicionales como proporcionando una resolucion taxonomica incrementada. Ademas, el combinar las dos medidas ayudo a distinguir cambios en la vegetacion en diferentes escalas geograficas; el ADN seda casi siempre refleja exclusivamente la vegetacion local, mientras que el polen puede originarse potencialmente a partir de un area amplia que en las tierras altas en particular puede abarcar varias ecozonas. Nuestros resultados sugieren que el ADN seda puede proporcionar informacion sobre los objetivos de restauracion y la naturaleza y magnitud de los cambios ambientales inducidos por el ser humano, incluyendo en prioridad de alta conservacion, hotspots de biodiversidad, donde entender las condiciones del impacto preantropogenico (o su referencia) es dificil.