教育新闻网位于加拿大巴芬岛北极圈的高处，不到10米的水和更多的泥浆，保存着地球前世的冷藏档案。一个名为CF8的小湖中的深层沉积物拥有古老的花粉和植物化石。但是现在看来，泥浆还藏着其他东西：距今Eemian的远古DNA，这是125,000年前的北极，当时北极地区比今天温暖，而植被遗留下来的痕迹使它们消失了。
“我们有信心获得真正的结果，”介绍这项工作的科罗拉多大学古气候学家莎拉·克鲁姆(Sarah Crump)说在本周的美国地球物理联盟年会上。她承认这一发现需要得到证实。但是，如果坚持下去，就可以打开北极高海拔生态系统的窗口，而此时温度要比今天高出几度。这也将证明沉积DNA的强大功能，以显示北极植物如何对过去的气候变化做出反应，从而暗示它们将来的反应方式。“我们现在认为这对于重建生物多样性确实是一个有用的信号，”德国波茨坦的阿尔弗雷德·韦格纳研究所的古生态学家乌尔里克·赫兹舒(Urrike Herzschuh)说，他使用这项技术研究了俄罗斯西伯利亚的落叶松林如何反应在大约12,000年前的最后一个冰河时代结束之后。
尽管寻找沉积物中保存的DNA的片段始于20年前，但由于基因测序的成本直线下降，在过去的几年中这种方法开始了。由于低温有助于保存DNA，北极一直是狩猎的主要场所，吸引了遗传学家和地球科学家对多年冻土，洞穴土壤和其他环境进行采样，寻找曾经漫游于此的巨型冰河时代动物的分子线索。
近来，北极湖泊已经成为沉积古代DNA的主要档案库，因为它们收集了整个生态系统的线索。叶子，花朵，粪便-生活在湖周围的每种生物的一部分最终都落入水中。挪威特罗姆瑟市北极大学(UiT)的分子古生物学家彼得·海因茨曼(Peter Heintzman)说：“那里的DNA混合物非常复杂。”DNA通过腐烂从细胞中弹出，然后附着在矿物颗粒或有机化合物上，从而提供保护，防止紫外线辐射和氧化。湖底的温度徘徊在冰点之上，保持DNA稳定。一年又一年，沉积物不断积累，其层使DNA的沉积物清晰可见。
传统上，科学家使用湖床核心的花粉粒研究过去的植物群落。但是，北极地区的大多数植物都是通过昆虫而不是通过风来授粉的，因此土壤中几乎没有花粉，远处也可能吹散了花粉。湖泊沉积物中的DNA更准确地反映了附近发现的植物和野生动植物。例如，在上个月发表于《全球变化生物学》的一项研究中，Crump等人使用古老的DNA来证明，在上个冰期之后地球变暖之后，矮桦木比研究人员从花粉得出的结论晚了2000年到达巴芬岛。 。克伦普说：“花粉的记录有些偏颇，使我们相信迁移是迅速的，而事实上迁移速度较慢并且受到迁移壁垒的抑制。”
提取DNA并不容易。科学家必须小心收集样本(通常为1克泥浆)，而不会被现代DNA污染。然后，在一个干净的实验室中，必须经过反复尝试的艰苦过程才能提取DNA。加州大学圣克鲁斯分校的进化生物学家贝丝·夏皮罗(Beth Shapiro)说：“没有最有效的方法来清除这些物质。”富含有机物的土壤似乎特别成问题。它们已经成熟，具有腐殖酸之类的分子，其行为类似于DNA，并可能妨碍以后的测序。
为了鉴定最终产生的DNA混杂物中的植物物种(其中大部分来自微生物)，研究人员经常求助于元条形码技术，该技术靶向并扩增几乎在植物中普遍存在但被物种独特的部分包围的DNA片段。其他研究人员只需对样品中的所有DNA进行测序，然后对结果进行筛查以获取遗传金，或使用可以捕获植物DNA短链的遗传探针。但是现有的植物序列数据库并不总是足够可靠以识别沉积物中的物种。UiT的古植物学家Inger Alsos说：“上传了许多错误的序列。”
为了解决这个问题，索尔斯和她的同伴们几乎完成了为北极植物创建一个名为PhyloNorway的完整基因组参考文库，其中包含约2000种。(对阿尔卑斯山的类似努力描述了4000种。)有了这些改进的数据库，索尔斯和她的合作者正在取样超过三打的湖泊在挪威北部和阿尔卑斯山，研究灌木如何在最后一个冰河时代结束时在苔原上扩散。另一个名为“未来北极生态系统”的欧洲项目将研究北极圈内大陆的十几个湖芯，研究气候和大型食草动物(如猛mm象)在塑造过去植物种群方面的双重作用。其他研究人员正在对中国西藏东南部的湖泊或怀俄明州的Tetons进行采样。
早期结果挑战了一个简单的观念，即气候变化会触发植物物种的批发周转。“这通常是胡说八道，”赫兹楚说。以她学习的西伯利亚落叶松森林为例。赫茨楚(Herzschuh)发现，尽管喜欢较冷的气候，但在最后一次冰河时期之后，随着地球变暖，某些落叶松物种并未向北移动。她建议，取而代之的是，变暖使森林变得更茂密，这有利于喜欢落叶松的落叶松。Alsos正在研究位于俄罗斯乌拉尔山脉北端的Bolshoye Shchuchye湖的核心，该故事讲述了一个相关故事。DNA表明，随着该地区变暖，入侵的植物更高：首先是灌木，然后是树木。但是北极的花朵持续存在，也许是在上坡时退缩了。
