Durante la última edad de hielo, que alcanzó su punto máximo alrededor de los 21, Hace 500 años, los glaciares cubrieron grandes porciones de América del Norte, incluida toda la región de los Grandes Lagos. Una vez que el hielo se retiró, la tierra fue repoblada gradualmente por árboles que eventualmente formaron densos bosques.

Pero, ¿cuál fue la fuente de los árboles que llevaron a cabo esta vasta recolonización posglacial? Identificar la ubicación exacta de estos llamados refugios glaciares, los lugares donde los ancestros de las especies forestales actuales sobrevivieron a la última edad de hielo, ha resultado difícil y es el tema de un debate continuo entre los biólogos.

Ahora, Investigadores de la Universidad de Michigan informan que utilizan una técnica genética desarrollada recientemente para estimar la longitud y la latitud precisas de los refugios de la era del hielo para dos especies de nogal ampliamente distribuidas, el bitternut y el shagbark.

Sus resultados apoyan la controvertida idea de que algunos árboles probablemente sobrevivieron mucho más al norte y más cerca de la capa de hielo de lo que generalmente se cree. El estudio está programado para su publicación la semana del 8 de abril en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Los investigadores buscaron las firmas de migraciones geográficas pasadas en el ADN de los árboles. Sus resultados para el nogal bitternut apoyan la idea de la microrefugia del norte, lugares donde las condiciones climáticas locales pueden haber permitido la persistencia de poblaciones arbóreas aisladas dentro de una región de clima generalmente inhóspito.

"La opinión tradicional es que estas especies de árboles solo sobrevivieron en refugios más grandes ubicados más al sur, donde el clima regional era mucho más cálido, "dijo Jordan Bemmels, primer autor del PNAS papel.

"Nuestros resultados para el nogal bitternut proporcionan algunas de las pruebas más sólidas hasta la fecha de que existió la microrefugia del norte y fueron importantes para la supervivencia de algunas especies de árboles templados durante la edad de hielo, "dijo Bemmels, quien realizó el estudio para su tesis doctoral en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la U-M.

La ubicación inferida del microrrefugio del norte está cerca de la confluencia de los ríos Mississippi y Ohio, en una región que hoy incluye el extremo sur de Illinois, sureste de Missouri el noreste de Arkansas y el más occidental de Kentucky.

Como sucede, esa ubicación está a solo 160 millas de un sitio en el suroeste de Tennessee, cerca de Memphis, donde hace décadas se encontraron raros restos conservados de nogal de la edad de hielo.

Bemmels es ahora investigador asociado postdoctoral en la Universidad de Georgia. Sus coautores de la PNAS El trabajo es de Christopher Dick y Lacey Knowles del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la U-M.

Identificar las ubicaciones de los refugios glaciares es importante para los biólogos por varias razones. Además de ayudarlos a comprender la historia forestal básica, la información les permite establecer una línea de base que muestra qué tan rápido y qué tan lejos pueden migrar las especies de árboles en respuesta al cambio climático.

También, La localización de refugios ayuda a los biólogos a identificar poblaciones de árboles que pueden ser genéticamente únicas e importantes para los esfuerzos de conservación. A menudo se piensa que las poblaciones de árboles del norte que se recolonizaron recientemente no son importantes para la conservación de la diversidad genética y la supervivencia de especies a largo plazo en relación con las poblaciones del sur que se cree que son reservorios de diversidad genética única.

Pero Bemmels y sus colegas concluyen que "la creciente evidencia de expansión fuera de la microrrefugia del norte sugiere que la sabiduría convencional sobre el manejo de la diversidad genética puede necesitar ser revisada".

Se han propuesto numerosas regiones de refugio en el este de América del Norte, incluyendo la Costa del Golfo, las llanuras costeras atlánticas, el valle inferior del río Mississippi, los Apalaches del Sur, la península de Florida y el centro de Texas.

Se han aplicado varias herramientas de investigación al problema a lo largo de los años, pero todos tienen limitaciones. Los modelos basados ​​en el clima identifican solo áreas amplias de hábitat potencial, y los estudios tradicionales de la distribución geográfica de los linajes genealógicos proporcionan una resolución espacial deficiente. Los registros de polen fósil proporcionan algunas pistas sobre las ubicaciones de los refugios, pero esos registros están incompletos para la mayor parte del este de América del Norte en el momento de la última edad de hielo y han sido difíciles de interpretar.

En el estudio actual, Bemmels y sus colegas aprovecharon las señales de expansión del rango de grandes conjuntos de datos genómicos, utilizando un marco basado en simulación para inferir la latitud y longitud precisas de los refugios glaciares de América del Norte para dos especies de nogal.

La técnica que aplicaron, una canalización de análisis de datos llamada X-Origin, fue desarrollado en el laboratorio de la coautora Lacey Knowles en la Universidad de Michigan. Originalmente se usó para estudiar la expansión de las poblaciones de pika en Alaska, pero tiene amplias aplicaciones para comprender la geografía de la expansión del rango en especies terrestres.

Los investigadores examinaron más de 1, 000 marcadores genéticos repartidos por los genomas de nogal avetoro y nogal shagbark, a partir de conjuntos de datos que Bemmels generó para otra sección de su tesis doctoral. El material genético se recolectó de unos 150 individuos de cada especie, en toda la gama de ambas especies.

La dirección y la distancia que los árboles migraron desde su población de origen inicial dejaron patrones distintivos dentro de su ADN, huellas que podrían rastrearse hasta el origen geográfico.

Los investigadores utilizaron una técnica de simulación por computadora para modelar la expansión del rango de diferentes refugios y generar expectativas para los patrones genéticos que probablemente surgirían de estos diferentes "orígenes de expansión".

Luego compararon los patrones genéticos simulados con los patrones genéticos reales extraídos del ADN del árbol de nogal para identificar los escenarios más probables. Repitiendo el proceso millones de veces, pudieron estimar estadísticamente la latitud y la longitud donde los antepasados ​​de las poblaciones modernas sobrevivieron a la última glaciación, algo que no se había hecho antes con los árboles templados.

La ubicación inferida del refugio glacial para las otras especies de estudio, nogal shagbark, se encuentra en la llanura costera del este del Golfo e incluye la mayor parte de Alabama, Mississippi y sureste de Louisiana. Esa ubicación corresponde a propuestas más tradicionales de un refugio sureño.

"La capacidad de extraer detalles de los datos genómicos de la población sobre dónde se refugiaron las especies cuando las condiciones climáticas cambiantes provocaron cambios en su distribución significa que la caja de herramientas del investigador ahora tiene una manera poderosa de identificar las coordenadas geográficas de tales refugios en cualquier especie, "Dijo Knowles.

El coautor Dick agregó:"Aunque el refugio norte inferido en el valle del Mississippi fue generalmente duro e inhóspito durante el período glacial, probablemente hubo condiciones más suaves cerca de los lagos de agua de deshielo glacial, conocidos como microclimas, en los que algunas especies de árboles templados podrían persistir ".

los PNAS El artículo se titula "Evidencia genómica de supervivencia cerca de los márgenes de la capa de hielo para algunos, pero no todos, Árboles de América del Norte ".