Immagina non un bianco, ma un verde Artico, con arbusti legnosi fino alla costa canadese dell'Oceano Artico. Ecco come appariva la regione più settentrionale del Nord America circa 125, 000 anni fa, durante l'ultimo periodo interglaciale, trova una nuova ricerca dell'Università del Colorado Boulder.

I ricercatori hanno analizzato il DNA delle piante più di 100, 000 anni recuperati da sedimenti lacustri nell'Artico (il DNA più antico nei sedimenti lacustri analizzato in una pubblicazione fino ad oggi) e hanno trovato prove di un arbusto originario degli ecosistemi del Canada settentrionale 250 miglia (400 km) più a nord rispetto al suo attuale areale.

Poiché l'Artico si riscalda molto più velocemente che in qualsiasi altra parte del pianeta in risposta ai cambiamenti climatici, le scoperte, pubblicato questa settimana su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze, potrebbe non essere solo uno scorcio del passato, ma un'istantanea del nostro potenziale futuro.

"Abbiamo questa visione davvero rara di un particolare periodo caldo del passato che è stato probabilmente il periodo più recente in cui è stato più caldo del presente nell'Artico. Questo lo rende un analogo davvero utile per quello che potremmo aspettarci in futuro, "ha detto Sarah Crump, che ha svolto il lavoro come Ph.D. studente in scienze geologiche e poi ricercatore post-dottorato presso l'Istituto di ricerca artica e alpina (INSTAAR).

Per ottenere questo sguardo indietro nel tempo, i ricercatori non solo hanno analizzato campioni di DNA, prima hanno dovuto viaggiare in una remota regione dell'Artico in ATV e motoslitta per radunarli e riportarli indietro.

La betulla nana è una specie chiave della bassa tundra artica, dove arbusti leggermente più alti (che raggiungono le ginocchia di una persona) possono crescere in un ambiente altrimenti freddo e inospitale. Ma la betulla nana attualmente non sopravvive oltre la parte meridionale dell'isola di Baffin nell'Artico canadese. Eppure i ricercatori hanno trovato il DNA di questa pianta nell'antico sedimento del lago, mostrando che cresceva molto più a nord.

"È una differenza piuttosto significativa rispetto alla distribuzione delle piante della tundra oggi, " disse Crump, attualmente un borsista post-dottorato presso il Paleogenomics Lab presso l'Università della California Santa Cruz.

Mentre ci sono molti potenziali effetti ecologici della betulla nana che striscia più a nord, Crump e i suoi colleghi hanno esaminato i feedback climatici relativi a questi arbusti che coprono una parte maggiore dell'Artico. Molti modelli climatici non includono questo tipo di cambiamenti nella vegetazione, eppure questi arbusti più alti possono sporgere sopra la neve in primavera e in autunno, rendendo la superficie terrestre verde scuro invece che bianca, facendo sì che assorba più calore dal sole.

"È un feedback di temperatura simile alla perdita di ghiaccio marino, " disse Crump.

Durante l'ultimo periodo interglaciale, tra 116, 000 e 125, 000 anni fa, queste piante hanno avuto migliaia di anni per adattarsi e muoversi in risposta alle temperature più calde. Con il rapido tasso di riscaldamento odierno, la vegetazione probabilmente non tiene il passo, ma ciò non significa che non giocherà un ruolo importante nell'impatto su tutto, dallo scongelamento del permafrost allo scioglimento dei ghiacciai e all'innalzamento del livello del mare.

"Mentre pensiamo a come i paesaggi si equilibreranno con il riscaldamento attuale, è molto importante che teniamo conto di come cambieranno queste gamme di piante, " disse Crump.

Poiché l'Artico potrebbe facilmente vedere un aumento di 9 gradi Fahrenheit (5 gradi Celsius) rispetto ai livelli preindustriali entro il 2100, la stessa temperatura dell'ultimo periodo interglaciale, questi risultati possono aiutarci a capire meglio come i nostri paesaggi potrebbero cambiare poiché l'Artico è sulla buona strada per raggiungere nuovamente queste antiche temperature entro la fine del secolo.

Fango come microscopio

Per ottenere l'antico DNA che volevano, i ricercatori non potevano guardare l'oceano o la terra, dovevano guardare in un lago.

L'isola di Baffin si trova sul lato nord-orientale del Canada Artico, angolo gattino in Groenlandia, nel territorio del Nunavut e nelle terre dei Qikiqtaani Inuit. È l'isola più grande del Canada e la quinta isola più grande del mondo, con una catena montuosa che corre lungo il suo bordo nord-orientale. Ma questi scienziati erano interessati a un piccolo lago, oltre le montagne e vicino alla costa.

Sopra il Circolo Polare Artico, la zona intorno a questo lago è tipica di un'alta tundra artica, con temperature medie annuali inferiori a 15 ° F (? 9,5 ° C). In questo clima inospitale, il terreno è sottile e non cresce molto.

Ma il DNA immagazzinato nei fondali del lago sottostante racconta una storia molto diversa.

Per raggiungere questa preziosa risorsa, Crump e i suoi colleghi ricercatori si sono attentamente bilanciati su gommoni economici in estate - le uniche navi abbastanza leggere da poter essere trasportate con loro - e in inverno hanno guardato gli orsi polari dal ghiaccio del lago. Hanno perforato il fango denso fino a 30 piedi (10 metri) sotto la sua superficie con lunghi, tubi cilindrici, martellandoli in profondità nel sedimento.

L'obiettivo di questa impresa precaria? Ritirare con cura una storia verticale di materiale vegetale antico per poi viaggiare indietro e riportare in laboratorio.

Mentre una parte del fango è stata analizzata in un laboratorio di geochimica organica all'avanguardia nel settore della sostenibilità, Comunità dell'energia e dell'ambiente (SEEC) presso CU Boulder, occorreva anche raggiungere un laboratorio speciale dedicato alla decodifica del DNA antico, alla Curtin University di Perth.

Per condividere i loro segreti, questi nuclei di fango hanno dovuto attraversare mezzo mondo dall'Artico all'Australia.

Un'istantanea locale

Una volta in laboratorio, gli scienziati hanno dovuto vestirsi come astronauti ed esaminare il fango in uno spazio ultra-pulito per assicurarsi che il proprio DNA non contaminasse quello di nessuno dei loro sudati campioni.

È stata una corsa contro il tempo.

"Il tuo colpo migliore è ottenere fango fresco, " disse Crump. "Una volta fuori dal lago, il DNA sta per iniziare a degradarsi."

Questo è il motivo per cui i campioni del letto del lago più vecchi in celle frigorifere non funzionano del tutto.

Mentre altri ricercatori hanno anche raccolto e analizzato campioni di DNA molto più antichi dal permafrost nell'Artico (che agisce come un congelatore naturale sotterraneo), i sedimenti lacustri sono mantenuti freschi, ma non congelato. Con fango più fresco e DNA più intatto, gli scienziati possono ottenere un quadro più chiaro e dettagliato della vegetazione che un tempo cresceva in quell'area immediata.

La ricostruzione della vegetazione storica è stata più comunemente eseguita utilizzando record di pollini fossili, che si conservano bene nei sedimenti. Ma il polline è incline a mostrare solo il quadro generale, in quanto è facilmente trasportato dal vento e non sta in un posto.

La nuova tecnica utilizzata da Crump e dai suoi colleghi ha permesso loro di estrarre il DNA delle piante direttamente dal sedimento, sequenziare il DNA e dedurre quali specie di piante vivevano lì in quel momento. Invece di un'immagine regionale, l'analisi del DNA sedimentario offre ai ricercatori un'istantanea locale delle specie vegetali che vivevano lì in quel momento.

Ora che hanno dimostrato che è possibile estrarre DNA superiore a 100, 000 anni, le possibilità future abbondano.

"Questo strumento sarà davvero utile su questi tempi più lunghi, " disse Crump.

Questa ricerca ha anche piantato il seme per studiare più delle semplici piante. Nei campioni di DNA dei loro sedimenti lacustri, ci sono segnali da tutta una serie di organismi che vivevano dentro e intorno al lago.

"Stiamo appena iniziando a grattare la superficie di ciò che siamo in grado di vedere in questi ecosistemi del passato, " ha detto Crump. "Possiamo vedere la presenza passata di tutto, dai microbi ai mammiferi, e possiamo iniziare a ottenere immagini molto più ampie di come apparivano gli ecosistemi del passato e di come funzionavano".