Durante l'ultima era glaciale, che ha raggiunto il picco intorno alle 21, 500 anni fa, i ghiacciai coprivano vaste porzioni del Nord America, compresa l'intera regione dei Grandi Laghi. Una volta che il ghiaccio si è ritirato, la terra fu gradualmente ripopolata da alberi che alla fine formarono fitte foreste.

Ma qual è stata la fonte degli alberi che hanno effettuato questa vasta ricolonizzazione postglaciale? L'identificazione della posizione esatta di questi cosiddetti rifugi glaciali, i luoghi in cui gli antenati delle odierne specie forestali sono sopravvissuti all'ultima era glaciale, si è rivelata difficile ed è oggetto di un dibattito in corso tra i biologi.

Ora, I ricercatori dell'Università del Michigan riferiscono di aver utilizzato una tecnica genetica sviluppata di recente per stimare la precisa longitudine e latitudine dei rifugi dell'era glaciale per due specie di hickory ampiamente distribuite, il bitternut e lo shagbark.

I loro risultati supportano la controversa idea che alcuni alberi siano sopravvissuti molto più a nord e più vicini alla calotta glaciale di quanto generalmente si creda. La pubblicazione dello studio è prevista per la settimana dell'8 aprile in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

I ricercatori hanno cercato le firme delle passate migrazioni geografiche nel DNA degli alberi. I loro risultati per l'hickory amarena supportano l'idea di microrefugia settentrionale, luoghi in cui le condizioni climatiche locali possono aver consentito la persistenza di popolazioni arboree isolate all'interno di una regione dal clima generalmente inospitale.

"La visione tradizionale è che queste specie di alberi sono sopravvissute solo in rifugi più grandi situati più a sud, dove il clima regionale era molto più caldo, " ha detto Jordan Bemmels, primo autore del PNAS carta.

"I nostri risultati per il noce americano forniscono alcune delle prove più forti fino ad oggi che i microrifugi settentrionali esistevano ed erano importanti per la sopravvivenza di alcune specie di alberi temperati durante l'era glaciale, "disse Bemmels, che ha condotto lo studio per la sua tesi di dottorato presso il Dipartimento di Ecologia e Biologia Evoluzionistica UM.

La posizione dedotta del microrefugium settentrionale è vicino alla confluenza dei fiumi Mississippi e Ohio, in una regione che oggi comprende l'Illinois più meridionale, Missouri sudorientale, Arkansas nordorientale e Kentucky occidentale.

Come succede, quella posizione è a sole 160 miglia da un sito nel sud-ovest del Tennessee, vicino a Menfi, dove decenni fa sono stati trovati rari resti conservati di hickory dell'era glaciale.

Bemmels è ora un ricercatore associato post-dottorato presso l'Università della Georgia. I suoi coautori sul PNAS carta sono Christopher Dick e Lacey Knowles del Dipartimento di Ecologia e Biologia Evoluzionistica della UM.

Identificare le posizioni dei rifugi glaciali è importante per i biologi per diversi motivi. Oltre ad aiutarli a comprendere la storia di base della foresta, le informazioni consentono loro di stabilire una linea di base che mostra quanto velocemente e fino a che punto le specie arboree sono in grado di migrare in risposta ai cambiamenti climatici.

Anche, localizzare i rifugi aiuta i biologi a identificare le popolazioni di alberi che possono essere geneticamente uniche e importanti per gli sforzi di conservazione. Le popolazioni di alberi del nord che sono state recentemente ricolonizzate sono spesso ritenute poco importanti per la conservazione della diversità genetica e la sopravvivenza delle specie a lungo termine rispetto alle popolazioni del sud che si ritiene siano serbatoi di diversità genetica unica.

Ma Bemmels e i suoi colleghi concludono che "l'aumento delle prove di espansione dai microrifugi settentrionali suggerisce che potrebbe essere necessario rivedere la saggezza convenzionale sulla gestione della diversità genetica".

Numerose regioni di rifugio sono state proposte nel Nord America orientale, compresa la costa del Golfo, le pianure costiere atlantiche, la valle del fiume Mississippi inferiore, gli Appalachi meridionali, la penisola della Florida e il Texas centrale.

Diversi strumenti di ricerca sono stati applicati al problema nel corso degli anni, ma tutti hanno dei limiti. I modelli basati sul clima identificano solo vaste aree di potenziale habitat, e gli studi tradizionali sulla distribuzione geografica dei lignaggi genealogici forniscono una scarsa risoluzione spaziale. Le registrazioni dei pollini fossili forniscono alcuni indizi sui luoghi dei rifugi, ma quei documenti sono incompleti per la maggior parte del Nord America orientale al tempo dell'ultima era glaciale e sono stati difficili da interpretare.

Nello studio attuale, Bemmels e i suoi colleghi hanno sfruttato i segnali di espansione dell'intervallo da grandi set di dati genomici, utilizzando un quadro basato sulla simulazione per dedurre la precisa latitudine e longitudine dei rifugi glaciali nordamericani per due specie di hickory.

La tecnica che hanno applicato, una pipeline di analisi dei dati chiamata X-Origin, è stato sviluppato nel laboratorio del co-autore Lacey Knowles presso l'Università del Michigan. È stato originariamente utilizzato per studiare l'espansione delle popolazioni di pika in Alaska, ma ha ampie applicazioni per comprendere la geografia dell'espansione dell'areale nelle specie terrestri.

I ricercatori hanno esaminato più di 1, 000 marcatori genetici sparsi nei genomi degli hickory di bitternut e shagbark, dai set di dati generati da Bemmels per un'altra sezione della sua tesi di dottorato. Il materiale genetico è stato raccolto da circa 150 individui di ciascuna specie, su tutta la gamma di entrambe le specie.

La direzione e la distanza in cui gli alberi sono migrati dalla loro popolazione di origine iniziale hanno lasciato modelli distintivi all'interno del loro DNA, impronte che potrebbero essere ricondotte alla fonte geografica.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica di simulazione al computer per modellare l'espansione della gamma da diversi rifugi e per produrre aspettative per i modelli genetici che potrebbero derivare da queste diverse "origini di espansione".

Quindi hanno confrontato i modelli genetici simulati con i modelli genetici reali estratti dal DNA dell'albero di hickory per identificare gli scenari più probabili. Ripetendo il processo milioni di volte, sono stati in grado di stimare statisticamente la latitudine e la longitudine in cui gli antenati delle popolazioni moderne sono sopravvissuti all'ultima era glaciale, qualcosa che non era mai stato fatto prima per gli alberi temperati.

La posizione dedotta del rifugio glaciale per le altre specie di studio, hickory shagbark, si trova nella pianura costiera del Golfo orientale e comprende la maggior parte dell'Alabama, Mississippi e Louisiana sudorientale. Quella posizione corrisponde a proposte più tradizionali di rifugio meridionale.

"La capacità di estrarre dettagli dai dati genomici della popolazione su dove le specie si sono rifugiate quando le mutevoli condizioni climatiche hanno determinato cambiamenti nella loro distribuzione significa che la cassetta degli attrezzi del ricercatore ora ha un modo potente per identificare le coordinate geografiche di tali rifugi in qualsiasi specie, " ha detto Knowles.

Il coautore Dick ha aggiunto:"Sebbene il presunto rifugio settentrionale nella valle del Mississippi fosse generalmente aspro e inospitale durante il periodo glaciale, c'erano probabilmente condizioni più miti vicino ai laghi di acqua di disgelo glaciale, noti come microclimi, in cui alcune specie di alberi temperati potevano persistere".

Il PNAS l'articolo è intitolato "Prove genomiche di sopravvivenza vicino ai margini della calotta glaciale per alcuni, ma non tutto, alberi nordamericani".