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西伯利亞,這個馬上會讓你聯想到冰天雪地的名字,似乎不太像是上次冰河時期酷寒的天氣下可以作為避難所的地方。然而從這裡收集來的遠古DNA卻描繪出一幅動植物在氣溫急遽下降時生活卻非常穩定的畫面。這些發現將有助於我們預測生態系統將會如何適應未來氣候的變化。
在西伯利亞、加拿大和阿拉斯加的永凍層,保存了史前時期的植物、真菌和動物們的DNA。來自西澳伯斯市Murdoch大學的James Haile說:「這裡就是一個巨型的分子冰箱。」
Haile表示,冰河也能保有遠古時代的DNA,但是永凍層的量要比冰河多,才能提供更完整的關於史前氣候改變產生的效應的資訊。2011年12月,在南澳的阿得雷德召開的International Barcode of Life Conference上,他的同事、來自挪威奧斯陸大學的Eva Bellemain公佈了他們分析西伯利亞永凍層DNA的首批成果。
這些樣本是從西伯利亞東北部楚克奇自治州(Chukotka)的南部,約15,000至25,000年前的冰凍沉積物中提取出來的。它們的年代有很重要的意義,因為大約20,000年前氣溫突然下降,北半球因此被覆了一層厚厚的冰毯。但是西伯利亞、加拿大和阿拉斯加的部分地區卻沒有遭受冰雪的侵襲。
在這些地區發現的化石和花粉證據顯示,這個區域很可能是動植物在當時的避難所。然而,Bellemain轉向了對真菌DNA的研究,以求能得到當時環境狀況的全貌。有許多真菌種類是以植物為食的,因此可以從而得知當時關於植物的相關資訊。
用了23份永凍層核心樣本, Bellemain找出了大約40種在上個冰河時期蓬勃發展的真菌種。她說:「我們沒預期會找到這麼多」。
發現多樣性的真菌,就顯示了北西伯利亞一定有一個興盛的植物聚落,以維持它們的生存。而這些植物生長範圍也應該養了一群不同種類的哺乳動物,而樣本也的確發現包含了可追溯到15,000到25,000年前的披毛犀、猛獁象、馴鹿以及麋的DNA。
就在此時,Haile和丹麥哥本哈根大學的 Tina Jørgensen同時使用遠古DNA以及花粉和化石證據重組了北西伯利亞泰米爾半島上的泰米爾湖周邊的植物生態。透過來自湖邊四周5個採樣點的18個核樣本的分析,考察隊鑑定出了66個在46,000到12,000年前出現的植物,而這個區域在這段時間裡的溫差達20度左右。Jørgensen說:「我很驚訝這裡的生態環境能穩定這麼久」。
在美國尤金市奧勒岡大學,研究變成化石的遠古土壤植物的Gregory Retallack對這樣的結果並不感到驚訝。他說:「一部分穩定性是來自於生態系統的慣性」。
Haile和她的同事,現在對分析其他顯示史前加拿大和阿拉斯加的植物區和動物區,如何受氣候影響的樣品非常敏銳。
阿得雷德大學的Andrew Lowe認為這些結果可以作為氣候模型,以告知我們未來的生物群落會怎麼改變。但是Retallack 認為除非我們知道像是70,000和125,000年前的植物群系和動物群系是如何受到暖化的影響,否則這些預測都是不實際的。
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