Imaginez pas un blanc, mais un Arctique vert, avec des arbustes ligneux aussi loin au nord que la côte canadienne de l'océan Arctique. Voici à quoi ressemblait la région la plus septentrionale de l'Amérique du Nord environ 125, il y a 000 ans, durant la dernière période interglaciaire, trouve de nouvelles recherches de l'Université du Colorado Boulder.

Les chercheurs ont analysé l'ADN des plantes plus de 100, 000 ans récupérés dans les sédiments lacustres de l'Arctique (le plus ancien ADN dans les sédiments lacustres analysé dans une publication à ce jour) et ont trouvé des preuves d'un arbuste originaire des écosystèmes du nord du Canada 250 milles (400 km) plus au nord que son aire de répartition actuelle.

Comme l'Arctique se réchauffe beaucoup plus vite que partout ailleurs sur la planète en réponse au changement climatique, les résultats, publié cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences, peut être non seulement un aperçu du passé, mais un instantané de notre avenir potentiel.

"Nous avons cette vue très rare d'une période chaude particulière dans le passé qui était sans doute la période la plus récente où elle était plus chaude qu'aujourd'hui dans l'Arctique. Cela en fait un analogue très utile pour ce à quoi nous pourrions nous attendre à l'avenir, " a déclaré Sarah Crump, qui a mené les travaux en tant que doctorant. étudiant en sciences géologiques puis chercheur postdoctoral à l'Institut de recherche arctique et alpine (INSTAAR).

Pour avoir un aperçu du temps, les chercheurs ont non seulement analysé des échantillons d'ADN, ils ont d'abord dû se rendre dans une région éloignée de l'Arctique en VTT et en motoneige pour les rassembler et les ramener.

Le bouleau nain est une espèce clé de la toundra du bas Arctique, où des arbustes légèrement plus grands (atteignant les genoux d'une personne) peuvent pousser dans un environnement autrement froid et inhospitalier. Mais le bouleau nain ne survit pas actuellement au-delà de la partie sud de l'île de Baffin dans l'Arctique canadien. Pourtant, les chercheurs ont trouvé l'ADN de cette plante dans les anciens sédiments du lac, ce qui montre qu'elle poussait beaucoup plus au nord.

« C'est une différence assez importante par rapport à la répartition actuelle des plantes de la toundra, " dit Crump, actuellement stagiaire postdoctoral au Paleogenomics Lab de l'Université de Californie à Santa Cruz.

Bien qu'il existe de nombreux effets écologiques potentiels du bouleau nain rampant plus au nord, Crump et ses collègues ont examiné les rétroactions climatiques liées à ces arbustes couvrant une plus grande partie de l'Arctique. De nombreux modèles climatiques n'incluent pas ces types de changements dans la végétation, pourtant, ces arbustes plus grands peuvent dépasser de la neige au printemps et à l'automne, rendant la surface de la Terre vert foncé au lieu de blanche, ce qui l'amène à absorber plus de chaleur du soleil.

"C'est un retour de température similaire à la perte de glace de mer, " dit Crump.

Au cours de la dernière période interglaciaire, entre 116, 000 et 125, il y a 000 ans, ces plantes ont eu des milliers d'années pour s'adapter et se déplacer en réponse à des températures plus chaudes. Avec le taux de réchauffement rapide d'aujourd'hui, la végétation ne suit probablement pas le rythme, mais cela ne signifie pas qu'il ne jouera pas un rôle important dans l'impact sur tout, du dégel du pergélisol à la fonte des glaciers et à l'élévation du niveau de la mer.

« Alors que nous réfléchissons à la façon dont les paysages s'équilibreront avec le réchauffement actuel, il est vraiment important que nous rendions compte de la façon dont ces gammes de plantes vont changer, " dit Crump.

Comme l'Arctique pourrait facilement voir une augmentation de 9 degrés Fahrenheit (5 degrés Celsius) au-dessus des niveaux préindustriels d'ici 2100, la même température qu'au cours de la dernière période interglaciaire, ces découvertes peuvent nous aider à mieux comprendre comment nos paysages pourraient changer alors que l'Arctique est en passe d'atteindre à nouveau ces anciennes températures d'ici la fin du siècle.

La boue comme microscope

Pour obtenir l'ADN ancien qu'ils voulaient, les chercheurs ne pouvaient pas regarder vers l'océan ou vers la terre – ils devaient regarder dans un lac.

L'île de Baffin est située du côté nord-est de l'Arctique canadien, Kitty-coin au Groenland, sur le territoire du Nunavut et les terres des Inuit Qikiqtaani. C'est la plus grande île du Canada et la cinquième plus grande île du monde, avec une chaîne de montagnes qui longe son bord nord-est. Mais ces scientifiques s'intéressaient à un petit lac, passé les montagnes et près de la côte.

Au-dessus du cercle polaire arctique, la zone autour de ce lac est typique d'une toundra de l'Extrême-Arctique, avec des températures annuelles moyennes inférieures à 15 °F (?9,5 °C). Dans ce climat inhospitalier, le sol est mince et il ne pousse pas grand-chose.

Mais l'ADN stocké dans les lits du lac ci-dessous raconte une histoire bien différente.

Pour accéder à cette précieuse ressource, Crump et ses collègues chercheurs se sont soigneusement équilibrés sur des bateaux pneumatiques bon marché en été - les seuls navires assez légers pour être transportés avec eux - et ont fait attention aux ours polaires de la glace du lac en hiver. Ils ont percé la boue épaisse jusqu'à 30 pieds (10 mètres) sous sa surface avec de longs, tuyaux cylindriques, en les martelant profondément dans les sédiments.

Le but de cet exploit précaire ? Retirer soigneusement une histoire verticale de matériel végétal ancien pour ensuite revenir avec et ramener au laboratoire.

Alors qu'une partie de la boue a été analysée dans un laboratoire de géochimie organique de pointe du Sustainability, Communauté de l'énergie et de l'environnement (SEEC) à CU Boulder, il fallait également atteindre un laboratoire spécial dédié au décodage de l'ADN ancien, à l'Université Curtin de Perth.

Pour partager leurs secrets, ces carottes de boue devaient parcourir la moitié du monde, de l'Arctique à l'Australie.

Un instantané local

Une fois au labo, les scientifiques ont dû s'habiller comme des astronautes et examiner la boue dans un espace ultra-propre pour s'assurer que leur propre ADN ne contaminait pas celui de leurs échantillons durement gagnés.

C'était une course contre la montre.

"Votre meilleur coup est d'obtenir de la boue fraîche, " dit Crump. " Une fois sorti du lac, l'ADN va commencer à se dégrader."

C'est pourquoi les anciens échantillons de lit de lac conservés au froid ne font pas tout à fait l'affaire.

Alors que d'autres chercheurs ont également collecté et analysé des échantillons d'ADN beaucoup plus anciens provenant du pergélisol de l'Arctique (qui agit comme un congélateur naturel souterrain), les sédiments du lac sont maintenus au frais, mais pas congelé. Avec de la boue plus fraîche et un ADN plus intact, les scientifiques peuvent obtenir une image plus claire et plus détaillée de la végétation qui poussait autrefois dans cette zone immédiate.

La reconstruction de la végétation historique a le plus souvent été effectuée à l'aide d'enregistrements de pollens fossiles, qui se conservent bien dans les sédiments. Mais le pollen a tendance à ne montrer que la grande image, car il est facilement emporté par le vent et ne reste pas au même endroit.

La nouvelle technique utilisée par Crump et ses collègues leur a permis d'extraire l'ADN végétal directement du sédiment, séquencer l'ADN et déduire quelles espèces végétales y vivaient à l'époque. Au lieu d'une image régionale, L'analyse de l'ADN sédimentaire donne aux chercheurs un aperçu local des espèces végétales qui y vivaient à l'époque.

Maintenant qu'ils ont montré qu'il est possible d'extraire de l'ADN de plus de 100, 000 ans, les possibilités futures abondent.

"Cet outil va être vraiment utile sur ces plus longues échelles de temps, " dit Crump.

Cette recherche a également planté la graine pour étudier plus que de simples plantes. Dans les échantillons d'ADN de leurs sédiments lacustres, il y a des signaux provenant de toute une gamme d'organismes qui vivaient dans et autour du lac.

"Nous commençons à peine à effleurer la surface de ce que nous pouvons voir dans ces écosystèmes passés, " a déclaré Crump. "Nous pouvons voir la présence passée de tout, des microbes aux mammifères, et nous pouvons commencer à avoir des images beaucoup plus larges de l'apparence et du fonctionnement des écosystèmes du passé. »