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【题  名】 DNA分析揭示远古北极遍布植物,未来可能再现绿色世界

【出  处】 新浪科技

【日  期】 2021.03.23

【作  者】 /

【关键词】 新闻资讯 科研信息 加拿大 DNA 北极 植物

【正  文】

 
   现今的北极白雪皑皑,是一片白色世界,完全不适合人类生存,然而在十几万年前会是怎样呢?目前,美国科罗拉多大学博尔德分校最新研究称,大约12.5万年前间冰期,远古时期的北极竟然与现代北美洲最北部地区十分相似,那时的北极并非白色的,而是充满绿色的植物,灌木丛一直向北延伸至现今的加拿大海岸。
  研究人员分析了从北极湖泊沉积物中提取的10多万年前植物DNA样本(这是参考文献数据中最古老的湖泊沉积物DNA),并发现了加拿大北部生态系统原生灌木的证据,该灌木丛比现今的范围向北延伸400公里。
  未来可能出现“绿色北极”
  由于北极对气候变化的反应比地球其他任何地方快得多,近期发表在《美国国家科学院院刊》的一项研究发现,这可能不仅是对远古时期的洞察,或许未来“绿色北极”可能再次出现!
  莎拉?克伦普曾就读于科罗拉多大学博尔德分校地质科学博士生,之后在该大学北极与高山研究所(INSTAAR)就读博士生,其研究重点是北极历史变迁,她说:“我们对远古北极一个特定温暖时期持有非常特殊的分析观点,该时期可以说是比现今北极更温暖的近代。”
  为了重现这一历史景象,研究人员不仅分析了远古北极时期植物DNA样本,还乘坐全地形车(ATV)和雪地摩托车到北极一处偏远地区采集样本并返回。
  矮桦树是北极苔原相对低纬地区的一种重要植物,在这里稍高的灌木(接近人体膝盖)可以生长在寒冷和不适宜居住的环境中,但矮桦树当前无法在现今加拿大北极地区巴芬岛南部生长,然而,令研究人员惊讶的是,他们在远古湖泊沉积物中发现该植物的DNA,暗示着远古时期该植物曾生长在更远的北方地区。
  莎拉说:“这与现今苔原植物的分布差异很大!”据悉,她现在是美国加州大学圣克鲁斯分校基因组实验室博士后研究员。尽管矮桦树向北蔓延生长会产生诸多潜在的生态效应,但她和同事们研究了与这些覆盖北极更多地区的灌木有关的气候反馈,许多气候模型不包括植被的这些变化,但这些高大的灌木在春夏两季可以突出在积雪之上,使北极表面变成深绿色,而不是雪白色,该环境可以吸收更多来自太阳的能量。
  她强调称,这种温度反馈类似于海冰融化的状况,在11.6万-12.5万年前的间冰期,当时的植物有数千年的时间来适应气候趋暖变化,如今气候变暖的速度太快,北极植物可能无法跟上,但这并不意味着它不会产生重大环境变化,例如:永久冻土融化、冰川消融、海平面上升……
  莎拉说:“当我们思考地貌如何与当前气候变暖趋势相适应时,植物分布范围如何发生变化是非常重要的。”预计到2100年,地球气温很有可能比工业化前高5摄氏度,而北极地区气候趋暖更加明显,那时或许再现间冰期的气候特征,这些发现可以帮助我们更好地洞察地貌环境如何变化,尤其是本世纪末北极有望再次恢复至远古气温状态。
  远古泥浆是“显微镜”
  要想获得远古时期生物的DNA样本,研究人员无法从海洋或者陆地上发现,他们必须从湖泊沉积物中寻找。
  巴芬岛位于加拿大北极区域的东北侧,在格陵兰岛斜对面,属于努勒维特和奇基塔尼因纽特人的领地,它是加拿大第五大岛屿,其东北侧有山脉,目前科学家对该区域一处小湖泊非常感兴趣,它位于山脉后方,邻近海岸。
  这个湖泊周围是典型的高北极苔原地貌,年平均温度低于零下9.5摄氏度,在这种不适宜的气候下,土壤稀少,植物很难生长,但远古时期这里是怎样的呢?保存在湖床沉积物中的DNA将讲述一个截然不同的故事……
  为了获得珍贵的远古植物DNA样本,莎拉和同事们在夏季小心翼翼地乘坐充气船,在保持船体平衡的情况下,缓慢地将长圆柱管刺穿厚泥浆,深至水下10米处,并将长圆柱管刺入沉积物中提取样本,据悉,夏季他们可以搬运质量较轻的充气船,这是最佳选择方案,如果冬季进行取样,必须密切关注湖面冰层,很可能会遭受北极熊攻击。
  莎拉和同事的目标是顺利提取远古时期植物DNA样本,然后将它带回实验室进行深入分析。
  虽然一些泥浆样本在科罗拉多大学博尔德分校可持续能源与环境社区(SEEC)最先进的有机地球化学实验室进行分析,但这些泥浆还需要送到澳大利亚科廷大学一个专门解码古代生物DNA的实验室进行深入研究。因此,为了揭晓远古时期北极的秘密,这些泥浆样本必须穿越半个地球,从北极到达澳大利亚。
  “本地快照”
  一旦进入实验室,科学家必须穿着隔离服,在一个超洁净的空间里检查泥浆样本,以确保自己的DNA不会污染这些来之不易的远古样本。
  这项研究并不简单,这实际上是一场与时间的赛跑,莎拉说:“最好的方法就是弄到新鲜的泥浆样本,一旦它从湖里提取出来,DNA就开始降解。”这就是为什么冷藏的远古湖床样本未达到实验标准。
  虽然其他研究人员也收集并分析了来自北极永久冻土层(就像一个地下天然冰柜)更古老的DNA样本,但湖泊沉积物保持低温状态,而不是冰冻,获得更新鲜的泥浆和更完整的DNA样本,科学家就能对该地区曾经生长的植被有更清晰、更详细的洞察。

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