現(xiàn)今的北極白雪皚皚，是一片白色世界，完全不適合人類生存，然而在十幾萬年前會是怎樣呢？目前，美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校最新研究稱，大約12.5萬年前間冰期，遠(yuǎn)古時期的北極竟然與現(xiàn)代北美洲最北部地區(qū)十分相似，那時的北極并非白色的，而是充滿綠色的植物，灌木叢一直向北延伸至現(xiàn)今的加拿大海岸。
研究人員分析了從北極湖泊沉積物中提取的10多萬年前植物DNA樣本（這是參考文獻數(shù)據(jù)中最古老的湖泊沉積物DNA），并發(fā)現(xiàn)了加拿大北部生態(tài)系統(tǒng)原生灌木的證據(jù)，該灌木叢比現(xiàn)今的范圍向北延伸400公里。
未來可能出現(xiàn)“綠色北極”
由于北極對氣候變化的反應(yīng)比地球其他任何地方快得多，近期發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》的一項研究發(fā)現(xiàn)，這可能不僅是對遠(yuǎn)古時期的洞察，或許未來“綠色北極”可能再次出現(xiàn)！
莎拉·克倫普曾就讀于科羅拉多大學(xué)博爾德分校地質(zhì)科學(xué)博士生，之后在該大學(xué)北極與高山研究所（INSTAAR）就讀博士生，其研究重點是北極歷史變遷，她說：“我們對遠(yuǎn)古北極一個特定溫暖時期持有非常特殊的分析觀點，該時期可以說是比現(xiàn)今北極更溫暖的近代。”
為了重現(xiàn)這一歷史景象，研究人員不僅分析了遠(yuǎn)古北極時期植物DNA樣本，還乘坐全地形車（ATV）和雪地摩托車到北極一處偏遠(yuǎn)地區(qū)采集樣本并返回。
矮樺樹是北極苔原相對低緯地區(qū)的一種重要植物，在這里稍高的灌木（接近人體膝蓋）可以生長在寒冷和不適宜居住的環(huán)境中，但矮樺樹當(dāng)前無法在現(xiàn)今加拿大北極地區(qū)巴芬島南部生長，然而，令研究人員驚訝的是，他們在遠(yuǎn)古湖泊沉積物中發(fā)現(xiàn)該植物的DNA，暗示著遠(yuǎn)古時期該植物曾生長在更遠(yuǎn)的北方地區(qū)。
莎拉說：“這與現(xiàn)今苔原植物的分布差異很大！”據(jù)悉，她現(xiàn)在是美國加州大學(xué)圣克魯斯分校基因組實驗室博士后研究員。盡管矮樺樹向北蔓延生長會產(chǎn)生諸多潛在的生態(tài)效應(yīng)，但她和同事們研究了與這些覆蓋北極更多地區(qū)的灌木有關(guān)的氣候反饋，許多氣候模型不包括植被的這些變化，但這些高大的灌木在春夏兩季可以突出在積雪之上，使北極表面變成深綠色，而不是雪白色，該環(huán)境可以吸收更多來自太陽的能量。
她強調(diào)稱，這種溫度反饋類似于海冰融化的狀況，在11.6萬-12.5萬年前的間冰期，當(dāng)時的植物有數(shù)千年的時間來適應(yīng)氣候趨暖變化，如今氣候變暖的速度太快，北極植物可能無法跟上，但這并不意味著它不會產(chǎn)生重大環(huán)境變化，例如：永久凍土融化、冰川消融、海平面上升……
莎拉說：“當(dāng)我們思考地貌如何與當(dāng)前氣候變暖趨勢相適應(yīng)時，植物分布范圍如何發(fā)生變化是非常重要的。”預(yù)計到2100年，地球氣溫很有可能比工業(yè)化前高5攝氏度，而北極地區(qū)氣候趨暖更加明顯，那時或許再現(xiàn)間冰期的氣候特征，這些發(fā)現(xiàn)可以幫助我們更好地洞察地貌環(huán)境如何變化，尤其是本世紀(jì)末北極有望再次恢復(fù)至遠(yuǎn)古氣溫狀態(tài)。
遠(yuǎn)古泥漿是“顯微鏡”
要想獲得遠(yuǎn)古時期生物的DNA樣本，研究人員無法從海洋或者陸地上發(fā)現(xiàn)，他們必須從湖泊沉積物中尋找。
巴芬島位于加拿大北極區(qū)域的東北側(cè)，在格陵蘭島斜對面，屬于努勒維特和奇基塔尼因紐特人的領(lǐng)地，它是加拿大第五大島嶼，其東北側(cè)有山脈，目前科學(xué)家對該區(qū)域一處小湖泊非常感興趣，它位于山脈后方，鄰近海岸。
這個湖泊周圍是典型的高北極苔原地貌，年平均溫度低于零下9.5攝氏度，在這種不適宜的氣候下，土壤稀少，植物很難生長，但遠(yuǎn)古時期這里是怎樣的呢？保存在湖床沉積物中的DNA將講述一個截然不同的故事……
為了獲得珍貴的遠(yuǎn)古植物DNA樣本，莎拉和同事們在夏季小心翼翼地乘坐充氣船，在保持船體平衡的情況下，緩慢地將長圓柱管刺穿厚泥漿，深至水下10米處，并將長圓柱管刺入沉積物中提取樣本，據(jù)悉，夏季他們可以搬運質(zhì)量較輕的充氣船，這是最佳選擇方案，如果冬季進行取樣，必須密切關(guān)注湖面冰層，很可能會遭受北極熊攻擊。
莎拉和同事的目標(biāo)是順利提取遠(yuǎn)古時期植物DNA樣本，然后將它帶回實驗室進行深入分析。
雖然一些泥漿樣本在科羅拉多大學(xué)博爾德分?？沙掷m(xù)能源與環(huán)境社區(qū)（SEEC）最先進的有機地球化學(xué)實驗室進行分析，但這些泥漿還需要送到澳大利亞科廷大學(xué)一個專門解碼古代生物DNA的實驗室進行深入研究。因此，為了揭曉遠(yuǎn)古時期北極的秘密，這些泥漿樣本必須穿越半個地球，從北極到達(dá)澳大利亞。
“本地快照”
一旦進入實驗室，科學(xué)家必須穿著隔離服，在一個超潔凈的空間里檢查泥漿樣本，以確保自己的DNA不會污染這些來之不易的遠(yuǎn)古樣本。
這項研究并不簡單，這實際上是一場與時間的賽跑，莎拉說：“最好的方法就是弄到新鮮的泥漿樣本，一旦它從湖里提取出來，DNA就開始降解。”這就是為什么冷藏的遠(yuǎn)古湖床樣本未達(dá)到實驗標(biāo)準(zhǔn)。
雖然其他研究人員也收集并分析了來自北極永久凍土層（就像一個地下天然冰柜）更古老的DNA樣本，但湖泊沉積物保持低溫狀態(tài)，而不是冰凍，獲得更新鮮的泥漿和更完整的DNA樣本，科學(xué)家就能對該地區(qū)曾經(jīng)生長的植被有更清晰、更詳細(xì)的洞察。
重建歷史植被最常用的方法是利用保存在沉積物中的化石植物花粉記錄，但花粉往往僅顯示宏觀環(huán)境特征，因為花粉很容易被風(fēng)散，不會停留在一個地方。
莎拉使用最新技術(shù)能夠直接從沉積物中提取植物DNA，對DNA進行測序，并推測出當(dāng)時生活在這里的植物物種，沉積物DNA分析對研究人員提供的不是環(huán)境特征，而是當(dāng)時生活在這里的植物物種的本地快照。
目前，他們已證明提取10萬年以上的植物DNA樣本是可能的，未來的可能性或許更多。莎拉稱，DNA測序?qū)Ψ治鲞h(yuǎn)古時期樣本非常有用。該研究也為研究植物以外的沉積物質(zhì)奠定了基礎(chǔ)，在湖泊沉積物DNA樣本中，存在著湖泊和周圍環(huán)境各種遠(yuǎn)古生物殘留的跡象。
通過這項最新研究，我們能分析遠(yuǎn)古時期北極生態(tài)系統(tǒng)，事實上這僅是冰山一角，我們可以觀察到遠(yuǎn)古時期存在的一切，從微生物到哺乳動物，我們可以開始對遠(yuǎn)古生態(tài)系統(tǒng)的狀況進行分析，并且有助于揭曉未來伴隨全球氣候趨暖，產(chǎn)生的各種變化。（葉傾城）
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