Imagine que não é um branco, mas um Ártico verde, com arbustos lenhosos no extremo norte da costa canadense do Oceano Ártico. Assim era a região mais ao norte da América do Norte, cerca de 125, 000 anos atrás, durante o último período interglacial, encontra uma nova pesquisa da Universidade do Colorado em Boulder.

Os pesquisadores analisaram o DNA da planta em mais de 100, 000 anos de idade recuperados de sedimentos de lagos no Ártico (o DNA mais antigo em sedimentos de lagos analisados ​​em uma publicação até hoje) e encontraram evidências de um arbusto nativo dos ecossistemas do norte do Canadá 250 milhas (400 km) mais ao norte do que sua extensão atual.

Como o Ártico aquece muito mais rápido do que em qualquer outro lugar do planeta em resposta às mudanças climáticas, as evidências, publicado esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences, pode não ser apenas um vislumbre do passado, mas um instantâneo de nosso futuro potencial.

"Temos essa visão realmente rara de um período quente específico no passado que foi indiscutivelmente o momento mais recente em que foi mais quente do que o presente no Ártico. Isso o torna um análogo realmente útil para o que podemos esperar no futuro, "disse Sarah Crump, que conduziu o trabalho como um Ph.D. estudante em ciências geológicas e, em seguida, pesquisador de pós-doutorado no Instituto de Pesquisa Ártica e Alpina (INSTAAR).

Para ter esse vislumbre no tempo, os pesquisadores não analisaram apenas amostras de DNA, eles primeiro tiveram que viajar para uma região remota do Ártico de ATV e snowmobile para recolhê-los e trazê-los de volta.

A bétula anã é uma espécie-chave da tundra ártica baixa, onde arbustos ligeiramente mais altos (atingindo os joelhos de uma pessoa) podem crescer em um ambiente frio e inóspito. Mas a bétula anã atualmente não sobrevive além da parte sul da Ilha Baffin, no Ártico canadense. No entanto, os pesquisadores encontraram o DNA dessa planta no antigo sedimento do lago, mostrando que ela costumava crescer muito mais ao norte.

"É uma diferença bastante significativa em relação à distribuição das plantas de tundra hoje, "disse Crump, atualmente é pós-doutorado no Laboratório de Paleogenômica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

Embora existam muitos efeitos ecológicos potenciais da bétula anã rastejando mais ao norte, Crump e seus colegas examinaram os feedbacks climáticos relacionados a esses arbustos que cobrem uma parte maior do Ártico. Muitos modelos climáticos não incluem esses tipos de mudanças na vegetação, no entanto, esses arbustos mais altos podem se destacar acima da neve na primavera e no outono, tornando a superfície da Terra verde escura em vez de branca - fazendo com que ela absorva mais calor do sol.

"É um feedback de temperatura semelhante à perda de gelo marinho, "disse Crump.

Durante o último período interglacial, entre 116, 000 e 125, 000 anos atrás, essas plantas tiveram milhares de anos para se ajustar e se mover em resposta às temperaturas mais altas. Com a rápida taxa de aquecimento de hoje, a vegetação provavelmente não está acompanhando o ritmo, mas isso não significa que não terá um papel importante no impacto sobre tudo, desde o degelo do permafrost ao degelo das geleiras e aumento do nível do mar.

"Enquanto pensamos sobre como as paisagens vão se equilibrar com o aquecimento atual, é muito importante que consideremos como essas faixas de plantas vão mudar, "disse Crump.

Como o Ártico poderia facilmente ver um aumento de 9 graus Fahrenheit (5 graus Celsius) acima dos níveis pré-industriais em 2100, a mesma temperatura do último período interglacial, essas descobertas podem nos ajudar a entender melhor como nossas paisagens podem mudar, já que o Ártico está a caminho de voltar a atingir essas temperaturas antigas até o final do século.

Lama como um microscópio

Para obter o DNA antigo que eles queriam, os pesquisadores não puderam olhar para o oceano ou para a terra - eles tiveram que olhar para um lago.

A Ilha Baffin está localizada no lado nordeste do Ártico do Canadá, gatinha para a Groenlândia, no território de Nunavut e nas terras dos Inuit Qikiqtaani. É a maior ilha do Canadá e a quinta maior ilha do mundo, com uma cordilheira que se estende ao longo de sua borda nordeste. Mas esses cientistas estavam interessados ​​em um pequeno lago, além das montanhas e perto da costa.

Acima do Círculo Polar Ártico, a área ao redor deste lago é típica de uma alta tundra ártica, com temperaturas médias anuais abaixo de 15 ° F (? 9,5 ° C). Neste clima inóspito, o solo é ralo e quase nada cresce.

Mas o DNA armazenado no leito do lago abaixo conta uma história muito diferente.

Para chegar a este recurso valioso, Crump e seus colegas pesquisadores se equilibraram cuidadosamente em barcos infláveis ​​baratos no verão - os únicos navios leves o suficiente para carregá-los - e cuidaram dos ursos polares do gelo do lago no inverno. Eles perfuraram a lama espessa até 30 pés (10 metros) abaixo de sua superfície com comprimentos, tubos cilíndricos, martelando-os profundamente no sedimento.

O objetivo dessa façanha precária? Retirar cuidadosamente uma história vertical de material vegetal antigo para, em seguida, viajar de volta e levar de volta ao laboratório.

Enquanto parte da lama foi analisada em um laboratório de geoquímica orgânica de última geração no Centro de Sustentabilidade, Comunidade de Energia e Meio Ambiente (SEEC) em CU Boulder, também precisava chegar a um laboratório especial dedicado à decodificação de DNA antigo, na Curtin University em Perth.

Para compartilhar seus segredos, esses núcleos de lama tiveram que atravessar metade do mundo, do Ártico à Austrália.

Um instantâneo local

Uma vez no laboratório, os cientistas tiveram que se vestir como astronautas e examinar a lama em um espaço ultralimpo para garantir que seu próprio DNA não contaminasse o de nenhuma de suas amostras obtidas com dificuldade.

Foi uma corrida contra o relógio.

"Sua melhor chance é pegar lama fresca, "disse Crump." Assim que estiver fora do lago, o DNA vai começar a se degradar. "

É por isso que as amostras mais antigas do leito do lago em armazenamento refrigerado não funcionam bem.

Enquanto outros pesquisadores também coletaram e analisaram amostras de DNA muito mais antigas de permafrost no Ártico (que atua como um freezer natural no subsolo), os sedimentos do lago são mantidos resfriados, mas não congelado. Com lama mais fresca e DNA mais intacto, os cientistas podem obter uma imagem mais clara e detalhada da vegetação que uma vez cresceu naquela área imediata.

A reconstrução da vegetação histórica tem sido mais comumente feita usando registros de pólen fóssil, que preservam bem no sedimento. Mas o pólen tende a mostrar apenas o quadro geral, porque é facilmente soprado pelo vento e não fica no mesmo lugar.

A nova técnica usada por Crump e seus colegas permitiu que extraíssem o DNA da planta diretamente do sedimento, sequenciar o DNA e inferir quais espécies de plantas viviam lá na época. Em vez de uma foto regional, a análise de DNA sedimentar dá aos pesquisadores um instantâneo local das espécies de plantas que viviam lá na época.

Agora que eles mostraram que é possível extrair DNA com mais de 100, 000 anos de idade, as possibilidades futuras são abundantes.

"Esta ferramenta será muito útil nessas escalas de tempo mais longas, "disse Crump.

Essa pesquisa também plantou a semente para estudar mais do que apenas plantas. Nas amostras de DNA do sedimento do lago, há sinais de uma ampla gama de organismos que viviam dentro e ao redor do lago.

"Estamos apenas começando a arranhar a superfície do que podemos ver nesses ecossistemas anteriores, "disse Crump." Podemos ver a presença passada de tudo, de micróbios a mamíferos, e podemos começar a obter imagens muito mais amplas de como os ecossistemas do passado eram e como funcionavam. "