Imagine não um Ártico branco, mas verde, com arbustos tão ao norte quanto a costa canadense do Oceano Ártico. Esta é a aparência da 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 DNA de planta com mais de 100.000 anos recuperado de sedimentos de lagos no Ártico (o DNA mais antigo em sedimentos de lagos analisado em uma publicação até o momento) e encontraram evidências de um arbusto nativo de ecossistemas do norte do Canadá.
Como o Ártico aquece muito mais rápido do que em qualquer outro lugar do planeta em resposta à mudança climática, as descobertas, publicadas esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences, podem ser não 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 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 apenas analisaram amostras de DNA, mas primeiro tiveram que viajar para uma região remota do Ártico em um ATV e um snowmobile para coletá-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 um 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, mas esses arbustos mais altos podem se projetar 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 atual, a vegetação provavelmente não está acompanhando o ritmo, mas isso não significa que não terá um papel importante no impacto de tudo, desde o degelo do permafrost ao degelo das geleiras e aumento do nível do mar.
“Ao pensarmos em como as paisagens se equilibrarão com o aquecimento atual, é realmente importante considerarmos como essas áreas 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 que estava no último período interglacial, essas descobertas podem nos ajudar a entender melhor como nossas paisagens podem mudar conforme o 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 queriam, os pesquisadores não puderam olhar para o oceano ou para a terra – eles tiveram que olhar em um lago.
A Ilha Baffin está localizada no lado nordeste do Ártico Canadá, próximo à Groenlândia, no território de Nunavut e nas terras dos Inuit Qikiqtaani. É a maior ilha do Canadá e a quinta maior 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 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 alcançar este recurso valioso, Crump e seus colegas pesquisadores cuidadosamente equilibraram em barcos infláveis baratos no verão – os únicos navios leves o suficiente para carregá-los – e tomaram cuidado com os ursos polares do gelo do lago no inverno. Eles perfuraram a lama espessa até 10 metros abaixo de sua superfície com longos 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 na Comunidade de Sustentabilidade, Energia e Meio Ambiente (SEEC) em CU Boulder, ela também precisava chegar a um laboratório especial dedicado à decodificação de DNA antigo, em Curtin University in Perth.
Para compartilhar seus segredos, esses núcleos de lama tiveram que viajar meio 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 conquistadas com muito esforço.
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 congelador natural no subsolo), os sedimentos do lago são mantidos resfriados, mas não congelados. 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 se preservam bem nos sedimentos. Mas o pólen tende a mostrar apenas o quadro geral, já que é facilmente espalhado 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, sequenciem o DNA e deduzam quais espécies de plantas viviam ali na época. Em vez de uma imagem regional, a análise de DNA sedimentar dá aos pesquisadores um instantâneo local das espécies de plantas que viviam ali na época.
Agora que eles mostraram que é possível extrair DNA com mais de 100.000 anos, as possibilidades futuras são abundantes.
“Esta ferramenta será realmente 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 viveram 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, desde micróbios a mamíferos, e podemos começar a obter imagens muito mais amplas de como os ecossistemas do passado eram e como funcionavam.”
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