Imagina no un blanco sino un ártico verde, con arbustos leñosos tan al norte como la costa canadiense del Océano Ártico. Así es como se veía la región más al norte de América del Norte alrededor de 125, 000 años atrás, durante el último período interglacial, encuentra una nueva investigación de la Universidad de Colorado Boulder.

Los investigadores analizaron el ADN de las plantas más de 100, 000 años recuperado de sedimentos lacustres en el Ártico (el ADN más antiguo en sedimentos lacustres analizado en una publicación hasta la fecha) y encontró evidencia de un arbusto nativo de los ecosistemas del norte de Canadá 250 millas (400 km) más al norte que su rango actual.

A medida que el Ártico se calienta mucho más rápido que en cualquier otro lugar del planeta en respuesta al cambio climático, los resultados, publicado esta semana en el Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, Puede que no solo sea un vistazo al pasado, sino también una instantánea de nuestro futuro potencial.

"Tenemos esta vista realmente rara de un período cálido particular en el pasado que posiblemente fue el momento más reciente en que fue más cálido que el presente en el Ártico. Eso lo convierte en un análogo realmente útil de lo que podríamos esperar en el futuro, "dijo Sarah Crump, quien realizó el trabajo como Ph.D. estudiante de ciencias geológicas y luego investigador postdoctoral en el Instituto de Investigaciones Árticas y Alpinas (INSTAAR).

Para obtener este vistazo atrás en el tiempo, los investigadores no solo analizaron muestras de ADN, Primero tuvieron que viajar a una región remota del Ártico en vehículos todo terreno y motos de nieve para recogerlos y traerlos de regreso.

El abedul enano es una especie clave de la tundra ártica baja, donde arbustos un poco más altos (que llegan a las rodillas de una persona) pueden crecer en un ambiente frío e inhóspito. Pero el abedul enano actualmente no sobrevive más allá de la parte sur de la isla de Baffin en el Ártico canadiense. Sin embargo, los investigadores encontraron ADN de esta planta en el sedimento del lago antiguo que muestra que solía crecer mucho más al norte.

"Es una diferencia bastante significativa con respecto a la distribución actual de las plantas de tundra, "dijo Crump, actualmente es becario postdoctoral en el Laboratorio de Paleogenómica de la Universidad de California Santa Cruz.

Si bien hay muchos efectos ecológicos potenciales del abedul enano que se arrastra más al norte, Crump y sus colegas examinaron las reacciones climáticas relacionadas con estos arbustos que cubren una mayor parte del Ártico. Muchos modelos climáticos no incluyen este tipo de cambios en la vegetación, sin embargo, estos arbustos más altos pueden sobresalir de la nieve en primavera y otoño, haciendo que la superficie de la Tierra sea de color verde oscuro en lugar de blanco, lo que hace que absorba más calor del sol.

"Es una retroalimentación de temperatura similar a la pérdida de hielo marino, "dijo Crump.

Durante el último período interglacial, entre 116, 000 y 125, 000 años atrás, estas plantas tuvieron miles de años para adaptarse y moverse en respuesta a temperaturas más cálidas. Con el rápido ritmo de calentamiento actual, es probable que la vegetación no siga el ritmo, pero eso no significa que no jugará un papel importante en impactar todo, desde el deshielo del permafrost hasta el derretimiento de los glaciares y el aumento del nivel del mar.

"Mientras pensamos en cómo los paisajes se equilibrarán con el calentamiento actual, es muy importante que tengamos en cuenta cómo van a cambiar estos rangos de plantas, "dijo Crump.

Como el Ártico podría ver fácilmente un aumento de 9 grados Fahrenheit (5 grados Celsius) por encima de los niveles preindustriales para 2100, la misma temperatura que tenía en el último período interglacial, Estos hallazgos pueden ayudarnos a comprender mejor cómo podrían cambiar nuestros paisajes a medida que el Ártico está en camino de alcanzar nuevamente estas antiguas temperaturas para fines de siglo.

Barro como microscopio

Para obtener el ADN antiguo que querían los investigadores no podían mirar al océano ni a la tierra, tenían que mirar en un lago.

La isla de Baffin se encuentra en el lado noreste del Ártico de Canadá, rincón del gatito a Groenlandia, en el territorio de Nunavut y las tierras de los Qikiqtaani Inuit. Es la isla más grande de Canadá y la quinta isla más grande del mundo, con una cadena montañosa que corre a lo largo de su borde nororiental. Pero estos científicos estaban interesados ​​en un pequeño lago, más allá de las montañas y cerca de la costa.

Sobre el círculo polar ártico, el área alrededor de este lago es típica de una tundra ártica alta, con temperaturas medias anuales por debajo de los 15 ° F (? 9.5 ° C). En este clima inhóspito, el suelo es delgado y no crece mucho.

Pero el ADN almacenado en los lechos de los lagos de abajo cuenta una historia muy diferente.

Para llegar a este valioso recurso, Crump y sus colegas investigadores se balancearon cuidadosamente sobre botes inflables baratos en el verano —los únicos barcos lo suficientemente livianos para llevarlos consigo— y estuvieron atentos a los osos polares del hielo del lago en invierno. Perforaron el lodo espeso hasta 30 pies (10 metros) por debajo de su superficie con largos, tubos cilíndricos, martillándolos profundamente en el sedimento.

¿El objetivo de esta precaria hazaña? Para retirar cuidadosamente una historia vertical de material vegetal antiguo para luego viajar de regreso y llevarlo al laboratorio.

Si bien parte del lodo se analizó en un laboratorio de geoquímica orgánica de última generación en Sustainability, Comunidad de Energía y Medio Ambiente (SEEC) en CU Boulder, también necesitaba llegar a un laboratorio especial dedicado a decodificar ADN antiguo, en la Universidad de Curtin en Perth.

Para compartir sus secretos estos núcleos de lodo tuvieron que viajar a la mitad del mundo desde el Ártico hasta Australia.

Una instantánea local

Una vez en el laboratorio, los científicos tuvieron que vestirse como astronautas y examinar el lodo en un espacio ultralimpio para asegurarse de que su propio ADN no contaminara el de ninguna de sus muestras ganadas con tanto esfuerzo.

Fue una carrera contrarreloj.

"Tu mejor oportunidad es conseguir barro fresco, "dijo Crump." Una vez que esté fuera del lago, el ADN empezará a degradarse ".

Esta es la razón por la que las muestras más antiguas del lecho del lago en almacenamiento en frío no funcionan del todo.

Mientras que otros investigadores también han recolectado y analizado muestras de ADN mucho más antiguas del permafrost en el Ártico (que actúa como un congelador subterráneo natural), los sedimentos del lago se mantienen frescos, pero no congelado. Con barro más fresco y ADN más intacto, los científicos pueden obtener una imagen más clara y detallada de la vegetación que alguna vez creció en esa área inmediata.

La reconstrucción de la vegetación histórica se ha realizado con mayor frecuencia utilizando registros de polen fósil, que se conservan bien en sedimentos. Pero el polen tiende a mostrar solo el panorama general, ya que es fácil de mover por el viento y no se queda en un solo lugar.

La nueva técnica utilizada por Crump y sus colegas les permitió extraer el ADN de la planta directamente del sedimento. secuenciar el ADN e inferir qué especies de plantas vivían allí en ese momento. En lugar de una imagen regional, El análisis de ADN sedimentario brinda a los investigadores una instantánea local de las especies de plantas que vivían allí en ese momento.

Ahora que han demostrado que es posible extraer ADN de más de 100, 000 años, abundan las posibilidades futuras.

"Esta herramienta será realmente útil en estos plazos más largos, "dijo Crump.

Esta investigación también ha plantado la semilla para estudiar más que solo plantas. En las muestras de ADN del sedimento de su lago, hay señales de toda una gama de organismos que vivían en el lago y sus alrededores.

"Estamos empezando a arañar la superficie de lo que podemos ver en estos ecosistemas pasados, ", dijo Crump." Podemos ver la presencia pasada de todo, desde microbios hasta mamíferos, y podemos comenzar a obtener imágenes mucho más amplias de cómo se veían los ecosistemas del pasado y cómo funcionaban ".