Активная жизнь в арктических льдах: водоросли ставят рекорды выживаемости

Ледяные керны, извлеченные с окраин полярной шапки Арктики, могут показаться исчерченными тонкими линиями грязи. На самом деле это диатомовые водоросли – одноклеточные организмы с панцирем из кремнезема. Их присутствие во льду известно давно, но ученые полагали, что они находятся в состоянии покоя, поэтому детально их не изучали.

Новое исследование Стэнфордского университета, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что арктические диатомеи не просто выживают во льду, а ведут активный образ жизни. «Это не криобиология из фильмов 80-х. Диатомеи остаются активными, пока температура не опустится до –15 °C, что просто поразительно», – отмечает Ману Пракаш, доцент биоинженерии и старший автор исследования. Эта температура является самой низкой из когда-либо зарегистрированных для движения эукариотической клетки – сложного типа клеток, из которых состоят растения, животные и грибы.

«Можно увидеть, как диатомеи буквально скользят, будто катаются на коньках по льду», – рассказывает ведущий автор работы Цин Чжан. Она и ее коллеги не только зафиксировали подвижность при столь низких температурах, но и выяснили механизм этого скольжения. Водоросли выделяют слизистый полимер, который цепляется за поверхность, а затем, используя молекулярные моторы на основе актина и миозина – той же системы, что приводит в движение мышцы человека, – подтягиваются вперед. Сравнение с их сородичами из умеренных широт показало, что полярные виды движутся значительно быстрее, что указывает на их эволюционную адаптацию.

Материал для исследования был собран во время 45-дневной арктической экспедиции в Чукотском море на борту судна Sikuliaq. Команда ученых из лабораторий Пракаша и Кевина Арриго собирала ледяные керны и с помощью специально разработанных микроскопов смогла заглянуть внутрь льда, задокументировав тайную жизнь этих удивительных организмов. В лаборатории исследователи воссоздали их среду обитания, заморозив пресную воду с микроканалами и добавив слой очень холодной соленой воды. Даже при температурах ниже нуля диатомеи продолжали скользить по этим ледяным «магистралям».

Открытие меняет представление об арктической экосистеме. «Арктика сверху белая, но снизу она абсолютно зеленая из-за обилия водорослей», – говорит Пракаш. Становится очевидно, что это не просто микроскопическая жизнь, а значительная часть пищевой цепи, которая контролирует все, что происходит подо льдом. Активность диатомей поднимает новые вопросы: могут ли они переносить питательные вещества по арктической пищевой сети, питая всех – от рыб до белых медведей? Может ли их слизистый след служить основой для образования нового льда?

Изучение этих вопросов требует срочности. Многие ученые предупреждают, что в ближайшие 25–30 лет летнего морского льда в Арктике может не стать. «Когда экосистемы исчезают, мы теряем знания о целых ветвях древа жизни», – подчеркивает Пракаш. Он выражает обеспокоенность по поводу прогнозируемого сокращения финансирования полярных исследований, что ставит под угрозу возможность изучить уникальные формы жизни до того, как они исчезнут навсегда.