Durante a última era do gelo, que atingiu o pico por volta de 21, 500 anos atrás, geleiras cobriram grandes porções da América do Norte, incluindo toda a região dos Grandes Lagos. Uma vez que o gelo recuou, a terra foi gradualmente repovoada por árvores que eventualmente formaram densas florestas.

Mas qual foi a origem das árvores que realizaram essa vasta recolonização pós-glacial? Identificar a localização exata desses chamados refúgios glaciais - os lugares onde os ancestrais das espécies florestais de hoje sobreviveram à última era do gelo - provou ser difícil e é o tópico de um debate contínuo entre biólogos.

Agora, Pesquisadores da Universidade de Michigan relatam o uso de uma técnica genética desenvolvida recentemente para estimar a longitude e latitude precisas de refúgios da era do gelo para duas espécies de nogueira amplamente distribuídas, a bitternut e o shagbark.

Seus resultados apóiam a ideia controversa de que algumas árvores provavelmente sobreviveram muito mais ao norte e mais perto do manto de gelo do que geralmente se acredita. O estudo está programado para publicação na semana de 8 de abril em Proceedings of the National Academy of Sciences .

Os pesquisadores procuraram as assinaturas de migrações geográficas anteriores no DNA das árvores. Seus resultados para a nogueira-amarga apóiam a ideia de microrefugia do norte, lugares onde as condições climáticas locais podem ter permitido a persistência de populações de árvores isoladas em uma região de clima geralmente inóspito.

"A visão tradicional é que essas espécies de árvores só sobreviveram em refúgios maiores localizados mais ao sul, onde o clima regional era muito mais quente, "disse Jordan Bemmels, primeiro autor do PNAS papel.

"Nossos resultados para a nogueira-amarga fornecem algumas das evidências mais fortes até hoje de que a microrefugia do norte existiu e foi importante para a sobrevivência de algumas espécies de árvores temperadas durante a idade do gelo, "disse Bemmels, que conduziu o estudo para sua tese de doutorado no Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da U-M.

A localização inferida do microrefúgio do norte é perto da confluência dos rios Mississippi e Ohio, em uma região que hoje inclui o extremo sul de Illinois, sudeste do Missouri, nordeste do Arkansas e oeste do Kentucky.

Como acontece, esse local fica a apenas 160 milhas de um local no sudoeste do Tennessee, perto de Memphis, onde raros restos preservados de nogueiras da era do gelo foram encontrados décadas atrás.

Bemmels é agora um associado de pesquisa de pós-doutorado na Universidade da Geórgia. Seus co-autores no PNAS papel são Christopher Dick e Lacey Knowles do Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da U-M.

Identificar os locais de refúgios glaciais é importante para os biólogos por várias razões. Além de ajudá-los a entender a história básica da floresta, as informações permitem que eles estabeleçam uma linha de base que mostra quão rápido e quão longe as espécies de árvores são capazes de migrar em resposta às mudanças climáticas.

Também, localizar refúgios ajuda os biólogos a identificar populações de árvores que podem ser geneticamente únicas e importantes para os esforços de conservação. As populações de árvores do norte que foram recentemente recolonizadas são freqüentemente consideradas sem importância para a conservação da diversidade genética e sobrevivência de espécies a longo prazo em relação às populações do sul que se acredita serem reservatórios de diversidade genética única.

Mas Bemmels e seus colegas concluem que "evidências crescentes de expansão para fora da microrefugia do norte sugerem que a sabedoria convencional sobre o manejo da diversidade genética pode precisar ser revisada."

Numerosas regiões refugiais foram propostas no leste da América do Norte, incluindo a Costa do Golfo, as planícies costeiras do Atlântico, o vale do baixo rio Mississippi, os Apalaches do Sul, a península da Flórida e o centro do Texas.

Várias ferramentas de pesquisa foram aplicadas ao problema ao longo dos anos, mas todos eles têm limitações. Modelos baseados no clima identificam apenas áreas amplas de habitat potencial, e os estudos tradicionais da distribuição geográfica das linhagens genealógicas fornecem uma resolução espacial pobre. Os registros de pólen fóssil fornecem algumas pistas sobre a localização dos refúgios, mas esses registros estão incompletos para a maior parte do leste da América do Norte na época da última idade do gelo e têm sido difíceis de interpretar.

No estudo atual, Bemmels e seus colegas captaram sinais de expansão de alcance de grandes conjuntos de dados genômicos, usando uma estrutura baseada em simulação para inferir a latitude e longitude precisas de refúgios glaciais norte-americanos para duas espécies de nogueira.

A técnica que eles aplicaram, um pipeline de análise de dados chamado X-Origin, foi desenvolvido no laboratório da co-autora Lacey Knowles na Universidade de Michigan. Foi originalmente usado para estudar a expansão das populações de pika no Alasca, mas tem amplas aplicações para a compreensão da geografia da expansão de alcance em espécies terrestres.

Os pesquisadores examinaram mais de 1, 000 marcadores genéticos espalhados pelos genomas das nogueiras de amêndoa e casca de casca de árvore, de conjuntos de dados gerados por Bemmels para outra seção de sua tese de doutorado. O material genético foi coletado de cerca de 150 indivíduos em cada espécie, em toda a gama de ambas as espécies.

A direção e distância em que as árvores migraram de sua população-fonte inicial deixaram para trás padrões distintos em seu DNA - pegadas que podiam ser rastreadas até a origem geográfica.

Os pesquisadores usaram uma técnica de simulação de computador para modelar a expansão da faixa de diferentes refúgios e para produzir expectativas para os padrões genéticos que provavelmente surgiriam dessas diferentes "origens de expansão".

Em seguida, eles compararam os padrões genéticos simulados aos padrões genéticos reais extraídos do DNA da nogueira para identificar os cenários mais prováveis. Ao repetir o processo milhões de vezes, eles foram capazes de estimar estatisticamente a latitude e longitude onde os ancestrais das populações modernas sobreviveram à última era do gelo - algo que não havia sido feito antes para as árvores temperadas.

A localização inferida do refúgio glacial para as outras espécies de estudo, nogueira shagbark, fica na planície costeira oriental do Golfo e inclui a maior parte do Alabama, Mississippi e sudeste da Louisiana. Esse local corresponde às propostas mais tradicionais de um refúgio do sul.

"A capacidade de extrair detalhes de dados genômicos populacionais sobre onde as espécies se refugiaram quando as mudanças nas condições climáticas levaram a mudanças em sua distribuição significa que a caixa de ferramentas do pesquisador agora tem uma maneira poderosa de identificar as coordenadas geográficas de tais refúgios em qualquer espécie, "Disse Knowles.

O co-autor Dick acrescentou:"Embora o refúgio inferido do norte no Vale do Mississippi fosse geralmente hostil e inóspito durante o período glacial, provavelmente havia condições mais amenas perto dos lagos glaciais de água derretida - conhecidos como microclimas - em que algumas espécies de árvores temperadas podiam persistir. "

o PNAS o artigo é intitulado "Evidência genômica de sobrevivência perto das margens do manto de gelo para alguns, mas nem todos, Árvores da América do Norte. "