古老DNA顯示北極或曾鬱郁蔥蔥且可能再次重現

據外媒報道,想象一下,不是白色而是綠色的北極,那里的木本灌木一直向北延伸到北冰洋的加拿大海岸。這就是12.5萬年前北美最北部地區的樣子,即最後的間冰期–這是來自科羅拉多大學博爾德分校的新研究發現。

古老DNA顯示北極或曾鬱郁蔥蔥且可能再次重現

據了解,研究人員在分析了從北極湖泊沉積物中提取的超10萬年前的植物DNA後發現了加拿大北部生態系統原生灌木的證據,據悉,這種灌木比現在的范圍往北250英里(400公里)。

由於北極對氣候變化的反應比地球上其他任何地方都要快得多,所以最新的發現可能不僅是對過去的一瞥,也是對我們潛在未來的一幅快照。

「我們對過去一個特定的溫暖時期有了非常罕見的看法,這可以說是北極比現在更溫暖的最近一段時間,」研究人員Sarah Crump說道。

古老DNA顯示北極或曾鬱郁蔥蔥且可能再次重現

為了重現這一景象,研究人員不僅分析了DNA樣本還必須先乘坐ATV和雪地摩托到北極的一個偏遠地區收集樣本並帶回。

矮樺樹是低北極苔原的關鍵物種,在那里,稍高的灌木(達到人的膝蓋)可以生長在寒冷和不適宜居住的環境中。但矮樺目前無法在加拿大北極地區巴芬島南部生存。然而,研究人員在古湖泊沉積物中卻發現了這種植物的DNA,這表明它曾經生長在更遠的北方。

「這跟現在苔原植物的分布有着很大的不同,」另一位研究人員Crump說道。

古老DNA顯示北極或曾鬱郁蔥蔥且可能再次重現

盡管矮樺向北蔓延會產生許多潛在的生態效應,但Crump和她的同事們研究了跟這些覆蓋北極更多地區的灌木有關的氣候反饋。許多氣候模型不包括植被的這些變化,但這些高大的灌木在春夏兩季可以突出於雪之上,這使得地球表面變成深綠色而不是白色從而使其吸收更多來自太陽的熱量。「這是一種跟海冰融化相似的溫度反饋,」Crump說道。

在11.6萬至12.5萬年前的上一個間冰期,這些植物有數千年的時間來適應和移動以適應更溫暖的溫度。如今氣候變暖的速度如此之快,植被很可能跟不上,但這並不意味着它就不會在影響從永久凍土融化到冰川融化和海平面上升等一切方面發揮重要作用。「當我們思考景觀將如何平衡當前的變暖時,考慮這些植物分布范圍將如何變化是非常重要的,」Crump稱。

北極極易在2100年看到高於工業化前水平9°F(5°C)的情況發生。同樣的溫度變化曾發生在過去的間冰期。這些發現可以幫助人們更好地了解我們的地貌也許會改變北極有望再次在本世紀末達到這些古老的溫度狀態。

為了獲得他們想要的古代DNA,研究人員不能從海洋或陸地上尋找–他們必須從湖泊中尋找。

巴芬島位於加拿大北極的東北側,在格陵蘭島的斜對角位置,那里屬於努勒維特和奇基塔尼因紐特人的領土。它是加拿大最大的島嶼,也是世界上第五大島嶼,其東北邊有山脈。但這些科學家對一個小湖感興趣,這個湖在山的後面、靠近海岸。

在北極圈之上,這個湖的周圍地區是典型的高北極苔原,年平均溫度低於15°F(−9.5°C)。在這種不適宜的氣候下,土壤稀薄,什麼東西也不長。但儲存在下面湖床中的DNA卻在講述着一個截然不同的故事。

為了得到這一珍貴的資源,Crump和她的同事們在夏天小心翼翼地在便宜的充氣船上保持平衡–這是唯一能攜帶他們的輕便型船–在冬天則要注意在湖冰中尋找食物的北極熊。他們使用長圓柱形管道刺穿厚泥漿,探至其表面下30英尺(10米)位置並將其錘入沉積物中。

古老DNA顯示北極或曾鬱郁蔥蔥且可能再次重現

雖然一些泥漿在科羅拉多大學博爾德分校可持續能源與環境社區(SEEC)的最先進的有機地球化學實驗室接受分析,但這些泥漿還需要到達珀斯科廷大學的一個專門解碼古代DNA的實驗室接受進一步的研究。

為了分享它們的秘密,這些泥芯必須穿越半個地球從北極抵達澳大利亞。

進入實驗室後,科學家們必須像宇航員一樣穿上宇航服,然後在一個超干淨的空間里檢查泥漿以確保他們自己的DNA不會污染辛苦得來的樣本。

這是一場與時間賽跑。

Crump表示:「最好的辦法就是弄到新的泥巴。一旦它從湖里出來,DNA就會開始降解。」這就是冷藏的老湖床樣本無法抵達目的地的原因。

雖然其他研究人員也收集並分析了來自北極永久凍土層的更古老的DNA樣本,但湖泊的沉積物保持涼爽,而非被凍結住。有了更新鮮的泥土和更完整的DNA,科學家們就能對該地區曾經生長過的植被有更清晰、更詳細的了解。

重建歷史植被最常用的方法是利用保存在沉積物中的化石花粉記錄。但花粉往往只能顯示出大的畫面,因為它很容易被風吹來吹去,無法停留在一個地方。

Crump和她的同事使用的新技術則能讓他們直接從沉積物中提取植物DNA、對DNA進行測序並推斷出當時生活在那里的植物物種。沉積DNA分析給研究人員提供的不是區域圖片,而是當時生活在那里的植物物種的當地快照。

現在他們已經證明提取10萬年以上的DNA是有可能的,未來的可能性比比皆是。Crump稱這個工具在這些更長的時間尺度上將非常有用。

這項研究也為研究植物以外的東西播下了種子,在他們湖沉積物的DNA樣本中,有生活在湖中和湖周圍的各種生物發出的信號。

來源:cnBeta