Tänk dig inte en vit, men en grön Arktis, med träiga buskar så långt norrut som Kanadas kust vid Ishavet. Så här såg den nordligaste regionen i Nordamerika ut cirka 125, För 000 år sedan, under den senaste mellanglacialperioden, hittar ny forskning från University of Colorado Boulder.

Forskare analyserade växt -DNA mer än 100, 000 år gammal hämtad från sjöns sediment i Arktis (det äldsta DNA i sjönsediment som analyserats i en publikation hittills) och hittade bevis på en buske som är infödd i norra kanadensiska ekosystem 250 miles (400 km) längre norrut än dess nuvarande räckvidd.

Eftersom Arktis värms mycket snabbare än överallt på planeten som svar på klimatförändringar, resultaten, publicerad denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences, kanske inte bara är en glimt av det förflutna utan en ögonblicksbild av vår potentiella framtid.

"Vi har denna riktigt sällsynta inblick i en särskild varm period tidigare som förmodligen var den senaste tiden som det var varmare än närvarande i Arktis. Det gör det till en riktigt användbar analog för vad vi kan förvänta oss i framtiden, sa Sarah Crump, som genomförde arbetet som doktorand student i geologiska vetenskaper och sedan en postdoktor vid Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR).

För att få denna glimt tillbaka i tiden, forskarna analyserade inte bara DNA -prover, de fick först resa till en avlägsen region i Arktis med ATV och snöskoter för att samla dem och föra tillbaka dem.

Dvärgbjörk är en nyckelart i den lågarktiska tundran, där något högre buskar (når en persons knän) kan växa i en annars kall och ogästvänlig miljö. Men dvärgbjörken överlever för närvarande inte förbi den södra delen av Baffin Island i kanadensiska arktis. Ändå fann forskare DNA från denna växt i det gamla sjönsedimentet som visar att det brukade växa mycket längre norrut.

"Det är en ganska signifikant skillnad från distributionen av tundraväxter idag, "sa Crump, för närvarande en postdoktor i Paleogenomics Lab vid University of California Santa Cruz.

Även om det finns många potentiella ekologiska effekter av att dvärgbjörken kryper längre norrut, Crump och hennes kollegor undersökte klimatåterkopplingen relaterade till dessa buskar som täcker mer av Arktis. Många klimatmodeller inkluderar inte sådana förändringar i vegetationen, men dessa högre buskar kan sticka ut över snön på våren och hösten, gör jordytan mörkgrön istället för vit - vilket får den att absorbera mer värme från solen.

"Det är en temperaturåterkoppling som liknar havsisförlust, sa Crump.

Under den senaste mellanglacialperioden, mellan 116, 000 och 125, För 000 år sedan, dessa växter hade tusentals år att justera och flytta som svar på varmare temperaturer. Med dagens snabba uppvärmningshastighet, vegetationen håller troligtvis inte takten, men det betyder inte att det inte kommer att spela en viktig roll för att påverka allt från upptining av permafrost till smältande glaciärer och havsnivåhöjning.

"När vi tänker på hur landskap kommer att jämna sig med nuvarande uppvärmning, det är verkligen viktigt att vi redogör för hur dessa växtsortiment kommer att förändras, sa Crump.

Eftersom Arktis lätt kunde se en ökning med 9 grader Fahrenheit (5 grader Celsius) över förindustriella nivåer år 2100, samma temperatur som under den senaste interglaciala perioden, dessa fynd kan hjälpa oss att bättre förstå hur våra landskap kan förändras när Arktis är på väg att återigen nå dessa gamla temperaturer i slutet av seklet.

Lera som ett mikroskop

För att få det gamla DNA de ville ha, forskarna kunde inte se till havet eller till landet - de var tvungna att titta i en sjö.

Baffin Island ligger på nordöstra sidan av arktiska Kanada, kitty-corner till Grönland, på Nunavuts territorium och Qikiqtaani -inuiterna. Det är den största ön i Kanada och den femte största ön i världen, med en bergskedja som löper längs dess nordöstra kant. Men dessa forskare var intresserade av en liten sjö, förbi bergen och nära kusten.

Ovanför polcirkeln, området runt denna sjö är typiskt för en högarktisk tundra, med genomsnittliga årstemperaturer under 15 ° F (? 9,5 ° C). I detta ogästvänliga klimat, jorden är tunn och det växer inte mycket av någonting.

Men DNA lagrat i sjöbäddarna nedan berättar en mycket annorlunda historia.

För att nå denna värdefulla resurs, Crump och hennes medforskare balanserade noggrant på billiga uppblåsbara båtar på sommaren - de enda fartygen som var tillräckligt lätta att bära med sig - och såg upp för isbjörnar från sjöisen på vintern. De genomborrade den tjocka leran upp till 10 meter under ytan med långa, cylindriska rör, hamrar dem djupt i sedimentet.

Målet med denna otrygga bedrift? Att försiktigt dra tillbaka en vertikal historia av gammalt växtmaterial för att sedan resa tillbaka ut och ta tillbaka till labbet.

Medan en del av leran analyserades på ett toppmodernt organiskt geokemilaboratorium i hållbarhet, Energy and Environment Community (SEEC) på CU Boulder, det behövde också nå ett speciellt laboratorium för avkodning av gammalt DNA, vid Curtin University i Perth.

För att dela med sig av sina hemligheter, dessa lerkärnor fick resa halvvägs över världen från Arktis till Australien.

En lokal ögonblicksbild

Väl i labbet, forskarna var tvungna att passa sig som astronauter och undersöka leran i ett ultrarent utrymme för att säkerställa att deras eget DNA inte förorenade det av några av deras hårt förvärvade prover.

Det var ett lopp mot klockan.

"Ditt bästa skott är att få ny lera, "sa Crump." När det väl är ute ur sjön, DNA:t kommer att börja försämras. "

Det är därför äldre sjöbäddsprover i kylförvaring inte riktigt gör susen.

Medan andra forskare också har samlat in och analyserat mycket äldre DNA -prover från permafrost i Arktis (som fungerar som en naturlig frys under jorden), sjöns sediment hålls svala, men inte frusen. Med fräschare lera och mer intakt DNA, forskare kan få en tydligare och mer detaljerad bild av vegetationen som en gång växte i det närområdet.

Rekonstruktion av historisk vegetation har oftast gjorts med hjälp av fossila pollenregister, som bevarar väl i sediment. Men pollen är benägen att bara visa helheten, eftersom det lätt blåser omkring av vinden och inte stannar på ett ställe.

Den nya tekniken som Crump och hennes kollegor använde tillät dem att extrahera växt -DNA direkt från sedimentet, sekvensera DNA:t och utläsa vilka växtarter som levde där vid den tiden. Istället för en regional bild, sedimentär DNA -analys ger forskare en lokal ögonblicksbild av de växtarter som lever där vid den tiden.

Nu när de har visat att det är möjligt att extrahera DNA som är över 100, 000 år gammal, framtida möjligheter finns i överflöd.

"Det här verktyget kommer att vara riktigt användbart under dessa längre tidsperioder, sa Crump.

Denna forskning har också planterat fröet för att studera mer än bara växter. I DNA -proverna från deras sjö sediment, det finns signaler från en hel rad organismer som levde i och runt sjön.

"Vi har precis börjat klia på ytan av det vi kan se i de tidigare ekosystemen, "sa Crump." Vi kan se allt från mikrober till däggdjur, och vi kan börja få mycket bredare bilder av hur tidigare ekosystem såg ut och hur de fungerade. "