Полярные водоросли-конькобежцы претендуют на место в книге рекордов (видео)
Если взять керн льда с внешних границ арктической полярной шапки, можно разглядеть нечто похожее на едва заметные полоски грязи. Но это не грязь, а живые диатомовые водоросли — одноклеточные организмы со стеклоподобными внешними стенками. Их присутствие во льду не ново, но, поскольку они казались запертыми и спящими, мало кто из ученых пытался их изучать.
Однако новое исследование Стэнфорда, опубликованное в сборнике Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что арктические диатомовые водоросли не неподвижны и не погребены во льдах. Они не просто выживают — они достойны попасть в книги рекордов.
Ману Пракаш, доцент кафедры биоинженерии в Школе инженерии и медицины и старший автор статьи, подчеркнул, что это вовсе не «криобиология» из фантастических фильмов 1980-х годов. Диатомовые водоросли активны, пока температура не опустится ниже -15 °C.
Это нижний температурный порог, когда-либо зарегистрированный для эукариотических клеток — сложных клеток растений, животных, грибов, характеризующихся наличием ядра внутри мембран. Организмы с клетками без ядра именуются прокариотами.
По словам ведущего автора исследования, постдокторанта Стэнфордского университета Цин Чжан (Qing Zhang), ученые могут наблюдать в микроскоп, как диатомовые водоросли скользят, словно катаются на коньках по льду. Цин Чжан собрала образцы во время арктической исследовательской экспедиции. Она и ее коллеги продемонстрировали не только подвижность одноклеточных организмов при столь низких температурах, но и то, что их скольжение — основано на сочетании слизи и молекулярных «моторов».
Диатомовые водоросли видов Navicula, Pleurosigma, Entomoneis и др., представленные в данном исследовании, были добыты в ходе 45-дневной арктической экспедиции в Чукотское море на борту исследовательского судна Sikuliaq, которое принадлежит Национальному научному фонду и эксплуатируется Университетом Аляски в Фэрбенксе.
Исследователи из лаборатории Пракаша и лаборатории Кевина Арриго, профессора наук о Земле в Школе устойчивого развития Стэнфордского университета Дерра, собирали ледяные керны на 12 полярных станциях летом 2023 года. Во время экспедиции исследователи встречали белых медведей и других представителей арктической фауны.
С помощью корабельных микроскопов, которые лаборатория Пракаша специально разрабатывала для исследований при качке, команда смогла получить изображения внутренних структур льда и задокументировать тайную жизнь невероятных арктических диатомовых водорослей.
Вернувшись в лабораторию, команда извлекла микроорганизмы из ледяных кернов и воссоздала их среду обитания в чашке Петри, содержащей тонкий слой замороженной пресной воды и слой очень холодной соленой воды.
Поверхностная вода в Арктике при замерзании избавляется от соли, образуя пресный лед с небольшими микрофлюидными каналами. Сотрудники лаборатории проделали канальцы во льду, используя собственные волосы. Даже при понижении температуры ниже нуля диатомовые водоросли пробирались сквозь эти нитевидные магистрали. Дальнейшие эксперименты с использованием гелей, засеянных флуоресцентными частицами, позволили отследить их перемещения, словно следы на песке.
Удивительным было то, что диатомовые водоросли передвигались, не извиваясь, не сжимаясь и не используя никаких конечностей. Вместо этого они практиковали искусство скольжения, свойственное и другим диатомовым водорослям.
Они выделяют полимер, похожий на слизь улитки, который прикрепляется к поверхности, словно веревка с якорем. Потом они тянут за эту «веревку», и это дает им возможность двигаться вперед.Цин Чжанисследовательница
Механизм работы слизевого каната зависит от белков актина и миозина — той же биологической системы, которая управляет движениями человеческих мышц. Ключевым вопросом, над которым работает лаборатория, теперь является то, как этот механизм продолжает работать при отрицательных температурах.
Когда группа сравнила арктические диатомовые водоросли с их сородичами из умеренного климата, заставив тех и других скользить по стеклу, выяснилось, что полярные виды двигались гораздо быстрее. Это указывает на достигнутое эволюционное преимущество.
Лаборатория Пракаша максимально эффективно использовала время, проведенное в Арктике, и собрала обширные данные по различным проектам, помимо изучения диатомовых водорослей. В их числе кадры, снятые с дрона подо льдом, которые наглядно демонстрируют потенциал этой работы.
Сверху Арктика белая, а снизу она зеленая — абсолютно зеленая из-за водорослей. В каком-то смысле это заставляет тебя осознать, что водоросли — это не просто крошечный объект, а начальная часть пищевой цепи, контролирующей все, что происходит и подо льдом, и на его поверхности — ведь основой рациона тех же белых медведей являются обитатели моря.Ману Пракашисследователь
Знание об активности диатомовых водорослей поднимает более широкие вопросы об их адаптации к меняющейся полярной среде. Могут ли они перемещать ресурсы по арктической пищевой сети, питая в конечном итоге всех — от рыбы до белых медведей? Могут ли их слизистые следы способствовать образованию нового льда, подобно тому, как жемчужины формируются вокруг песчинок?
Обычно Пракаш не раскрывает свои карты, когда дело касается подобных зарождающихся идей, но на этот раз ставки необычайно высоки. В ближайшие 25–30 лет Арктика может исчезнуть в том виде, какой мы ее знаем сейчас. И это неизбежно приведет к глобальному кризису экосистем как в океане, так и на суше.
О российской подводной станции, четыре года несшей вахту на дне Ледовитого океана, читайте в недавнем материале Hi-Tech Mail.
