Aussi bien dans le cas de végétaux que d’animaux morts depuis longtemps, et parfois  disparus, des fragments de matière organique préservée, généralement issus de la partie organique des os et des dents (pour les animaux), très résistants, peuvent donc permettre de « remonter le temps », notamment pour comprendre l’origine des différentes espèces, leurs liens de filiation et même d’esquisser les grandes lignes de leurs migrations en comparant l’évolution des différentes lignées.

En paléontologie, animale ou végétale, l'ADNa permet donc principalement d’élucider ou de clarifier des relations phylogénétiques entre des organismes éteints et leurs représentants actuels. Les deux types d’ADN, l’ADN nucléaire (ADNn) et l’ADN mitochondrial (ADNmt) n’ont pas la même utilité dans ce domaine. La présence de l’ADNmt en plusieurs milliers d’exemplaires dans chaque cellule, en font un élément phare dans la paléogénétique la plus ancienne (meilleure conservation).

Chez l’homme, l’ADNmt n’étant transmis que par le biais de la mère, sa préservation permet en fait de remonter de proche en proche, de mutations en mutations accumulées, la lignée maternelle. L’ADNn est tout particulièrement utilisé dans le domaine de la police scientifique, où il permet d’aller jusqu’à des identifications individuelles s’il est bien conservé. En archéologie, il permet également d’amener de nombreuses réponses (détermination du sexe des jeunes enfants, étude des maladies, etc…).

Il est malheureusement rarement assez bien conservé pour être utilisé en paléontologie.  Pour étudier l’ADN ancien, qui est dégradé et présent en très petite quantité, on doit « l’amplifier », c’est-à-dire le recopier en de multiples exemplaires par la technique dite de PCR (réaction de polymérisation en chaîne). Par cette technique on va sélectivement amplifier (c'est-à-dire multiplier) une, ou plusieurs, petites régions du génome de l’espèce que l’on souhaite étudier. Or l’état très dégradé, et les très faibles quantités disponibles, de l’ADN ancien,  rendent cet ADN très peu « compétitif » dans la réaction de PCR. S’il y a la moindre contamination par un ADN moderne de la même espèce (ou d'une espèce voisine), c’est cet ADN qui sera amplifié au détriment de l’ADN ancien. C’est actuellement la limite la plus flagrante se posant dans cette discipline.

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