Arktis var engang frodigt og grønt, og kunne være igen, ny forskning viser

Forestil dig ikke en hvid, men et grønt Arktis, med træagtige buske så langt nord som den canadiske kyst ved Ishavet. Sådan så den nordligste region i Nordamerika ud omkring 125, For 000 år siden, i den sidste mellemistid, finder ny forskning fra University of Colorado Boulder.

Forskere analyserede plante -DNA mere end 100, 000 år gammel hentet fra søsediment i Arktis (det ældste DNA i søsediment analyseret i en publikation til dato) og fundet beviser for en busk, der er hjemmehørende i de nordlige canadiske økosystemer, 400 miles længere nordpå end dens nuværende rækkevidde.

Da Arktis varmer meget hurtigere end alle andre steder på planeten som reaktion på klimaændringer, fundene, offentliggjort i denne uge i Procedurer fra National Academy of Sciences, Måske ikke kun et glimt af fortiden, men et øjebliksbillede af vores potentielle fremtid.

"Vi har dette virkelig sjældne syn på en særlig varm periode i fortiden, der uden tvivl var den seneste tid, hvor det var varmere end nu i Arktis. Det gør det til en virkelig nyttig analog til, hvad vi kan forvente i fremtiden, "sagde Sarah Crump, der udførte arbejdet som ph.d. studerende i geologiske videnskaber og derefter en postdoktorforsker ved Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR).

For at få dette glimt tilbage i tiden, forskerne analyserede ikke kun DNA -prøver, de måtte først rejse til en fjerntliggende region i Arktis med ATV og snescooter for at samle dem og bringe dem tilbage.

Dværgbirk er en nøglearte i den lavarktiske tundra, hvor lidt højere buske (når en persons knæ) kan vokse i et ellers koldt og ugæstfrit miljø. Men dværgbirk overlever i øjeblikket ikke forbi den sydlige del af Baffin -øen i det canadiske arktiske område. Alligevel fandt forskere DNA fra denne plante i det gamle søsediment, der viste, at det plejede at vokse meget længere mod nord.

"Det er en temmelig betydelig forskel fra fordelingen af ​​tundraplanter i dag, "sagde Crump, i øjeblikket en postdoktor i Paleogenomics Lab ved University of California Santa Cruz.

Selvom der er mange potentielle økologiske virkninger af, at dværgbirken kryber længere mod nord, Crump og hendes kolleger undersøgte klimatilbagemeldinger relateret til disse buske, der dækker mere af Arktis. Mange klimamodeller inkluderer ikke denne slags ændringer i vegetationen, alligevel kan disse højere buske stikke ud over sneen om foråret og efteråret, gør jordoverfladen mørkegrøn i stedet for hvid - hvilket får den til at absorbere mere varme fra solen.

"Det er en temperaturfeedback, der ligner tab af havis, "sagde Crump.

I løbet af den sidste mellemistid, mellem 116, 000 og 125, For 000 år siden, disse planter havde tusinder af år til at justere og flytte som reaktion på varmere temperaturer. Med dagens hurtige opvarmningshastighed, vegetationen holder sandsynligvis ikke tempo, men det betyder ikke, at det ikke vil spille en vigtig rolle i påvirkningen af ​​alt fra optøning af permafrost til smeltende gletschere og havstigninger.

"Når vi tænker på, hvordan landskaber vil ækvilibreres til den aktuelle opvarmning, det er virkelig vigtigt, at vi redegør for, hvordan disse plantesortiment kommer til at ændre sig, "sagde Crump.

Da Arktis let kunne se en stigning på 9 grader Fahrenheit (5 grader Celsius) over præindustrielt niveau i 2100, den samme temperatur, som den var i den sidste mellemistid, disse fund kan hjælpe os med bedre at forstå, hvordan vores landskaber kan ændre sig, når Arktis er på vej til igen at nå disse gamle temperaturer i slutningen af ​​århundredet.

Mudder som et mikroskop

For at få det gamle DNA, de ønskede, forskerne kunne ikke se til havet eller til landet - de måtte kigge i en sø.

Baffin Island ligger på den nordøstlige side af det arktiske Canada, kitty-hjørne til Grønland, på Nunavuts område og Qikiqtaani -inuitterne. Det er den største ø i Canada og den femte største ø i verden, med en bjergkæde, der løber langs dens nordøstlige kant. Men disse forskere var interesserede i en lille sø, forbi bjergene og nær kysten.

Over polarcirklen, området omkring denne sø er typisk for en højarktisk tundra, med gennemsnitlige årlige temperaturer under 15 ° F (? 9,5 ° C). I dette ugæstfrie klima, jorden er tynd, og der vokser ikke meget af noget.

Men DNA gemt i søbundene nedenfor fortæller en meget anden historie.

For at nå denne værdifulde ressource, Crump og hendes medforskere balancerede omhyggeligt på billige gummibåde om sommeren - de eneste fartøjer, der var lette nok til at bære med sig - og passede på isbjørne fra søisen om vinteren. De gennemborede det tykke mudder op til 10 meter under overfladen med lange, cylindriske rør, hamrer dem dybt ned i sedimentet.

Målet med denne usikre bedrift? For omhyggeligt at trække en lodret historie med gammelt plantemateriale tilbage for derefter at rejse tilbage med og tage tilbage til laboratoriet.

Mens noget af mudderet blev analyseret på et state-of-the-art organisk geokemilaboratorium i bæredygtigheden, Energy and Environment Community (SEEC) hos CU Boulder, det var også nødvendigt at nå et specielt laboratorium dedikeret til afkodning af gammelt DNA, ved Curtin University i Perth.

For at dele deres hemmeligheder, disse mudderkerner måtte rejse halvvejs over hele verden fra Arktis til Australien.

Et lokalt øjebliksbillede

En gang i laboratoriet, forskerne måtte klæde sig ud som astronauter og undersøge mudderet i et ultrarent rum for at sikre, at deres eget DNA ikke forurenede det af nogen af ​​deres hårdt tjente prøver.

Det var et løb mod uret.

"Dit bedste skud er at få frisk mudder, "sagde Crump." Når det er ude af søen, DNA'et vil begynde at nedbrydes. "

Dette er grunden til, at ældre søbedprøver i kølerum ikke helt gør tricket.

Mens andre forskere også har indsamlet og analyseret meget ældre DNA -prøver fra permafrost i Arktis (som fungerer som en naturlig fryser under jorden), søsedimenter holdes kølige, men ikke frosset. Med friskere mudder og mere intakt DNA, forskere kan få et klarere og mere detaljeret billede af den vegetation, der engang voksede i nærområdet.

Rekonstruktion af historisk vegetation er oftest foretaget ved hjælp af fossile pollenregistre, som bevarer godt i sediment. Men pollen er tilbøjelig til kun at vise det store billede, da det let blæses rundt af vinden og ikke bliver ét sted.

Den nye teknik, der blev brugt af Crump og hendes kolleger, tillod dem at udtrække plante -DNA direkte fra sedimentet, sekvensere DNA'et og udlede, hvilke plantearter der levede der dengang. I stedet for et regionalt billede, sedimentær DNA -analyse giver forskere et lokalt øjebliksbillede af plantearterne, der lever der dengang.

Nu hvor de har vist, at det er muligt at udtrække DNA, der er over 100, 000 år gammel, fremtidige muligheder florerer.

"Dette værktøj kommer til at være virkelig nyttigt på disse længere tidsplaner, "sagde Crump.

Denne forskning har også plantet frøet for at studere mere end bare planter. I DNA -prøverne fra deres søsediment, der er signaler fra en hel række organismer, der levede i og omkring søen.

"Vi er lige begyndt at ridse overfladen af ​​det, vi er i stand til at se i disse tidligere økosystemer, "sagde Crump." Vi kan se alt fra mikrober til pattedyr i fortiden, og vi kan begynde at få meget bredere billeder af, hvordan tidligere økosystemer så ud, og hvordan de fungerede. "