古代DNA揭示了北极曾经郁郁葱葱的绿色，可能会再次出现

在夏季和冬季，矮桦树可以从雪中p出。

想象一下，不是白色，而是绿色的北极地区，北边一直到加拿大北冰洋的海岸都有木本灌木。CU Boulder的最新研究发现，这就是大约125,000年前的北冰洋最北端地区。

研究人员分析了从北极湖沉积物中回收的超过10万年历史的植物DNA（迄今为止，该出版物中已分析了湖沉积物中最古老的DNA），并发现了加拿大北部生态系统原生灌木的证据，该灌木比加拿大北部250英里（400公里）。当前范围。

由于北极因气候变化而变暖的速度比地球上其他任何地方都要快，本周发表在《美国国家科学院院刊》上的研究结果可能不仅是过去的一瞥，而且是我们潜在未来的快照。 。

“我们对过去特定的温暖时期抱有这种罕见的看法，可以说这是最近一次比北极现在温暖的时期。萨拉·克鲁普说，他是地质科学博士学位的学生，然后是北极与高山研究所（INSTAAR）的博士后研究员。

沉积物核心之一近在咫尺。

为了及时了解这种现象，研究人员不仅分析了DNA样本，还首先必须乘坐ATV和雪地摩托前往北极偏远地区，以收集它们并将其带回。

矮桦树是北极低寒苔原的重要物种，在原本寒冷而荒凉的环境中，矮矮的灌木丛（长到人的膝盖）可以生长。但是矮桦木目前尚无法幸存，超过加拿大北极地区巴芬岛的南部。然而研究人员在古老的湖泊沉积物中发现了这种植物的DNA，表明该植物曾经在更北的地方生长。

克鲁普说：“与今天的苔原植物分布相比，有很大的不同。”克鲁姆说，他目前是加州大学圣克鲁斯分校古基因组学实验室的博士后。

科学家从湖底采集沉积物岩心。

虽然矮桦木有很多潜在的生态影响，但它们仍在北边蔓延，克鲁普和她的同事们研究了与这些灌木相关的气候反馈，这些灌木覆盖了北极的更多地区。许多气候模式没有包括植被的这种变化，但是这些较高的灌木会在春季和秋季落在雪上，使地球表面变成深绿色而不是白色，从而使其吸收更多的阳光热量。

“这是类似于海冰流失的温度反馈，” Crump说。

在最近的间冰期之间，即116,000至125,000年前，这些植物有数千年的时间来适应和适应温暖的温度而迁移。随着当今升温速度的加快，植被可能无法跟上步伐，但这并不意味着它在影响从冻土融化到冰川融化以及海平面上升等所有方面都不会发挥重要作用。

Crump说：“在考虑景观如何适应当前的变暖时，考虑这些植物种类将如何变化非常重要。”

到2100年，北极很容易看到比工业化前水平高出华氏9度（摄氏5度）的情况，这与上一个冰期之间的温度相同，因此这些发现可以帮助我们更好地了解随着地形的变化，我们的地貌将如何变化。北极有望在本世纪末再次达到这些古老的温度。

作为显微镜的泥浆

为了获得他们想要的古老DNA，研究人员不能将目光投向海洋或陆地，而必须仰望湖泊。

巴芬岛（Baffin Island）位于加拿大北极圈东北方，格陵兰（Kitty-corner）角，在努纳武特（Nunavut）领土和奇基卡塔亚因纽特人（Qikiqtaani Inuit）的领土上。它是加拿大最大的岛屿，也是世界第五大岛屿，其东北边缘分布着山脉。但是这些科学家对穿过山区和沿海地区的一个小湖很感兴趣。

在北极圈上方，这个湖泊周围的区域是典型的高寒带苔原，年平均气温低于°15 F（9.5− C）。°在这种恶劣的气候中，土壤稀薄，几乎没有任何东西生长。

但是，存储在下面湖床中的DNA却截然不同。

为了获得这种宝贵的资源，Crump和她的研究人员在夏天谨慎地使用廉价的充气船（只有足够轻便可以随身携带的船）保持平衡，并在冬天从湖冰中提防北极熊。他们用圆柱形的长管子将厚稠的泥浆刺穿至其表面以下30英尺（10米），将其锤入泥沙深处。

这个pre可危的壮举的目标是什么？要仔细撤回垂直的古代植物材料历史记录，然后随身带回去，并带回实验室。

沉积物核心之一近在咫尺。

CU Boulder的可持续发展，能源与环境社区（SEEC）的最先进的有机地球化学实验室对一些泥浆进行了分析，但同时还需要在Curtin建立一个专门用于解码古代DNA的特殊实验室。珀斯大学。

为了分享他们的秘密，这些泥芯必须从北极到澳大利亚走遍世界的一半。

本地快照

进入实验室后，科学家们必须像宇航员一样打扮，并在超净空间中检查泥浆，以确保自己的DNA不会污染任何来之不易的样本。

这是一场争分夺秒的比赛。

“您最好的选择是得到新鲜的泥浆，” Crump说。“一旦离开湖，DNA就会开始降解。”

这就是为什么冷库中较旧的湖床样品不能完全解决问题的原因。

虽然其他研究人员还从北极的多年冻土层（就像地下天然冷冻室）中收集并分析了许多较旧的DNA样本，但湖泊沉积物却保持凉爽但没有冻结。有了更新鲜的泥浆和更完整的DNA，科学家可以更清晰，更详细地了解曾经在该附近地区生长的植被。

重建历史植被最通常是使用化石花粉记录完成的，这些花粉记录保存在沉积物中。但是花粉倾向于只显示大图，因为它很容易被风吹散，而且不会停留在一处。

Crump和她的同事使用的新技术使他们可以直接从沉积物中提取植物DNA，对DNA进行测序，并推断当时生活在那里的植物种类。沉积DNA分析取代了区域图片，为研究人员提供了当时居住在那里的植物物种的本地快照。

既然他们已经证明有可能提取超过100,000年历史的DNA，那么未来的可能性比比皆是。

“在更长的时间范围内，该工具将非常有用，” Crump说。

这项研究还播下了种子，不仅可以研究植物。在湖泊沉积物中的DNA样本中，有来自湖泊中及其周围生活的各种生物的信号。

Crump说：“我们才刚刚开始摸索过去这些生态系统中能够看到的东西的表面。”“我们可以看到从微生物到哺乳动物的所有事物的过去存在，并且我们可以开始获得有关过去生态系统的外观以及它们如何发挥作用的更广泛的图片。”

参考：Sarah E. Crump，BiancaFréchette，Matthew Power，Sam Cutler，Gregory de Wet，Martha K.Raynolds，Jonathan H. Raberg，Jason P. Briner和Elizabeth K.发表了“古老的植物DNA揭示了最后一次冰期之间的北极高绿化”。托马斯（Thomas），朱利奥·塞普尔韦达（JulioSepúlveda），贝丝·沙皮罗（Beth Shapiro），迈克尔·本斯（Michael Bunce）和吉福德·米勒（Gifford H.Miller），2021年3月17日，美国国家科学院院刊。
10.1073 / pnas.2019069118

这项研究的其他作者包括科罗拉多博尔德大学的Jonathan H. Raberg，JulioSepúlveda和Gifford H. Miller。科罗拉多大学博尔德分校和史密斯学院的Gregory de Wet；加州大学的山姆·卡特勒（Sam Cutler）；加利福尼亚大学的贝丝·夏皮罗（Beth Shapiro）和霍华德·休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）；魁北克大学蒙特利尔分校的比安卡·弗雷切特（BiancaFréchette）；科廷大学的Matthew Power；科廷大学的迈克尔·本斯（Michael Bunce）和新西兰环境保护局；阿拉斯加费尔班克斯大学的玛莎·雷诺兹（Martha K. Raynolds）；布法罗大学的Jason P. Briner和Elizabeth K. Thomas。