Під замороженою поверхнею Арктики крихітні водорості не піддаються правилам біології.
Їх стратегія виживання не тільки переосмислює межі життя, але й викликає термінові питання щодо екосистем, що зникають з плавленням Арктики.
Ночутник більше: Арктичні діатоми оживають
Якщо ви просвердлюєте краї арктичної полярної шапки і підтягуєте крижане ядро, ви можете помітити, що схоже на тонку смугу бруду. Насправді ці слабкі лінії складаються з діатомів, одноклітинних водоростей, укладених у скляні снаряди. Вчені знають, що вони присутні в льоду вже деякий час, але оскільки вони виявилися замерзлими та неактивними, їх значною мірою не помічали.
Це припущення тепер було скасовано. Дослідження зі Стенфорда, опубліковане 9 вересня в Праці Національної академії наукпоказує, що арктичні діатоми далеко не нерухомі. Насправді вони не просто переживають холод, вони активно рухаються через нього, заробляючи місце в науковому записі.
Рекордне виживання в надзвичайному холоді
“Це не кріобіологія фільму 1980 -х років. Діатоми настільки ж активні, як ми можемо уявити, поки температура не знизиться до -15 ° C, що дуже дивно”, -сказав Ману Пракаш, доцент біоінженерії в інженерних школах та медицині та старший автор статті.
Ця фігура, що еквівалентна 5 ° F, є найнижчою температурою, яка коли -небудь задокументована для руху в еукаріотичній клітині, тип складної клітини, виявлена в рослинах, тваринах, грибах та інших організмах, всі вони визначаються ядром, оточеним мембраною.
“Ви можете бачити, як діатоми насправді ковзають, як вони катаються на льоду”, – сказав головний автор та докторантуру Стенфорда Цін Чжан, який зібрав зразки під час експедиції Арктичного дослідження. Вона та її колеги продемонстрували не лише рухливість при таких низьких температурах, а й те, що їх ковзання – або катання – покладається на поєднання слизу та молекулярних двигунів.
Всередині Арктичної експедиції
Діатоми, представлені в цьому дослідженні, були результатом 45-денної арктичної експедиції в морі Чукчі на борту дослідницького судна Сікуліаак, яке належить Національному науковому фонду та керується Університетом Аляски Фербенкс. Дослідники з лабораторії Пракаша та лабораторія Кевіна Арріго, професора науки Землі в школі сталого розвитку Стенфорда Доерра, зібрали крижані ядра з 12 станцій протягом усього літа 2023 року. Використовуючи цілий ряд мікроскопів, що розвивалися Пракаша протягом багатьох років.
Повернувшись до лабораторії, команда витягнула діатоми з крижаних ядер і відтворила своє середовище в чашці Петрі, що містить тонкий шар замерзлої прісної води та шар дуже холодної морської води. Коли лід в Арктиці утворюється, він виганяє сіль, залишаючи в ній прісноводний лід з невеликими мікрофлюїдними каналами – тому лабораторія також зробила канали в льоду, використовуючи власне волосся.
Навіть коли вони знизили температури спеціального мікроскопа під нуля нижче замерзання, діатоми проскочили через шосе розміром з ниткою. Подальші експерименти, використовуючи гелі, висаджені флуоресцентними намистинами, відстежували їхні рухи, як слід у піску.
Секрет руху, що працює на сязі
Що так дивно, це те, що діатоми круїзували, не махаючи, не вискакували або не використовуючи будь -які придатки. Натомість вони практикують мистецтво, яке демонструє багато діатомів: ковзання.
“Є полімер, як слиз равликів, який вони виділяють, що прилипає на поверхню, як мотузка з якорем”, – сказав Чжан. “І тоді вони тягнуть цю” мотузку “, і це дає їм силу рухатися вперед”.
Механізм мотузки слизу залежить від актину та міозину – тієї ж біологічної системи, яка рухає рухами м’язів людини. Як ця техніка все ще працює в умовах Subzero, зараз є ключовим дослідницьким питанням, яке займається лабораторією. Коли команда порівнювала арктичні діатоми з помірними родичами, що ковзають по склу, полярні види Рухався набагато швидше, натякаючи на еволюційну перевагу.
Під льодом: прихований зелений світ
Лабораторія Пракаша максимально використала свій час в Арктиці і зібрала безліч даних про кілька проектів, крім діатомів. Це включає кадри безпілотників, зняті під льодом, які яскраво відображають потенціал цієї роботи.
“Арктика біла зверху, але під ним зелений – абсолютний зелений крок через наявність водоростей”, – сказав Пракаш. “У певному сенсі це змушує зрозуміти, що це не просто крихітна дрібниця, це важлива частина харчового ланцюга і контролює те, що відбувається під льодом”.
Терміновість у зникаючій арктиці
Знання діатомів активно викликає більш широкі питання щодо адаптації до мінливого полярного середовища. Чи могли вони переміщувати ресурси через арктичну їжу, живлячи все, від риби до полярних ведмедів? Чи можуть їхні стежки слизу навіть насінням новим льодовим утворенням, як перли утворюються навколо піску зерна?
Зазвичай Пракаш не показував би свою руку, коли мова йде про подібні зароджувані ідеї, але ставки цього разу різні, сказав він.
“Багато моїх колег говорять мені, що в наступні 25 – 30 років арктики не буде. Коли екосистеми будуть втрачені, ми втрачаємо знання про цілі гілки в нашому дереві життя”, – сказав він, зазначивши, що прогнозовані прогнозовані скорочення бюджету для Національного наукового фонду, за прогнозами, зменшить пристосування полярних досліджень на 70 відсотків. “Я відчуваю відчуття терміновості у багатьох з цих систем, тому що, в кінці дня, інфраструктура та здатність до можливості працювати є критично важливими для виявлення”.
Довідка: “Діатоми, що ковзають, встановлюють рекордні низькі температурні межі для рухливості в еукаріотичній клітині” Цін Чжан, Хоуп Т. Ленг, Гонгкан Лі, Кевін Р. Арріго та Ману Пракаш, 9 вересня 2025, Праці Національної академії наук.
Doi: 10.1073/pnas.2423725122
Пракаш також є старшим науковим співробітником Інституту навколишнього середовища Стенфорд-Вудса, доцентом, ввічливістю, біології та океанів, членом Альянсу з питань діяльності людських результатів Стенфорда, Інституту досліджень охорони здоров’я матері та дітей та Інституту нейронауків Ву Цай. Інші автори включають аспірантуру Надію Т. Ленг, Гонгкан Лі, доктор наук ’23 та Кевін Арріго. Арріго-професор Дональда та Дональда М. Стіла, старший науковий співробітник Інституту навколишнього середовища Стенфорд-Вудса та член Bio-X.
Це дослідження фінансувалося Національним науковим фондом, стипендією VPGE Stanford VPGE, програмою «Прикордонна наука», Фондом Мура, Фондом Шмідта та Фондом Даліо. Частина цієї роботи була виконана на закладі знімання наук про клітинки в Стенфордському університеті.
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня ScitechDaily.
