Pod zmrazeným povrchem Arktidy vzdorují drobné řasy pravidla biologie.
Jejich strategie přežití nejen předefinuje limity života, ale také vyvolává naléhavé otázky týkající se ekosystémů, které mizí s tavicí Arktidou.
Nepřítomnost už: Arktické diatomy ožívají
Pokud vyvrhnete do okrajů polárního uzávěru polárního polárního a vytáhnete ledové jádro, můžete si všimnout, co vypadá jako tenký pruh nečistot. Ve skutečnosti jsou tyto slabé linie složeny z rozsivek, jednobuněčných řas uzavřených ve skleněných skořápkách. Vědci věděli, že byli přítomni na ledě nějakou dobu, ale protože vypadali zamrzlé a neaktivní, byli do značné míry přehlíženi.
Tento předpoklad byl nyní převrácen. Studie ze Stanfordu, zveřejněná 9. září v Sborník Národní akademie vědukazuje, že arktické rozsivky nejsou zdaleka nehybné. Ve skutečnosti nejen vydrží nachlazení, aktivně se pohybují skrz něj a získávají místo ve vědeckém záznamu.
Rekordní přežití v extrémním chladu
„Nejedná se o kryobiologii z 80. let. Diatomy jsou tak aktivní, jak si dokážeme představit, dokud teploty neklesnou až na -15 ° C, což je velmi překvapivé,“ řekl Manu Prakash, docent bioinženýrství ve školách inženýrství a medicíny a vedoucí autor této práce.
Toto číslo, ekvivalentní 5 ° F, je nejnižší teplota, která byla kdy zdokumentována pro pohyb v eukaryotické buňce, typ komplexní buňky nalezené v rostlinách, zvířatech, hub a dalších organismech, z nichž všechny jsou definovány jádrem obklopeným membránou.
„Můžete vidět, jak se diatomy skutečně klouzají, jako by bruslí na ledu,“ řekl vedoucí autor a Stanford Postdoctoral Scholar Qing Zhang, který vzorky shromáždil během výpravy v arktickém výzkumu. Ona a její kolegové prokázali nejen motilitu při tak nízkých teplotách, ale také to, že jejich klouzání – nebo bruslení – se spoléhá na kombinaci hlenu a molekulárních motorů.
Uvnitř arktické expedice
Diatomy uvedené v tomto výzkumu vyplynuly z 45denní arktické expedice v Chukchi Sea na palubě výzkumné lodi Sikuliaq, které je ve vlastnictví Národní vědecké nadace a provozovala University of Aljaška Fairbanks. Vědci z laboratoře Prakash a laboratoře Kevina Arriga, profesora vědy o pozemském systému ve Stanford Doerr School of Sustainability, shromažďovali ledová jádra z 12 stanic po celé léto 2023. Používání řady on-lodi mikroskopů, které se Laboratoř PRAKASH vyvíjela po celá léta, se v ledu dokázal image v ledu a dokumentoval tajné arktické životy.
Zpět v laboratoři tým extrahoval rozsivky z ledových jádra a znovu vytvořil své prostředí v Petriho misce obsahující tenkou vrstvu zmrazené sladké vody a vrstvu velmi studené slané vody. Když se v Arktidě vytvoří led, kope sůl a ponechává sladkovodní led s malými mikrofluidními kanály – takže laboratoř také vyráběla kanály v ledu pomocí vlastních vlasů.
I když snížily teploty speciálního mikroskopu pod nulovým mráznutím, rozsivky proklouzly dálnicemi velikosti pramenů. Další experimenty s použitím gelů naočkovaných fluorescenčními kuličkami sledovaly jejich pohyby jako stopy v písku.
Tajemství pohybu poháněného hlenu
Co je tak překvapivé, je, že rozsivky se plavily bez kroucení, scrunching nebo používání jakýchkoli příloh. Místo toho praktikují umění, které zobrazuje mnoho rozsivek: klouzání.
„Je tu polymer, něco jako hlemý hlen, že vylučují, že se drží na povrchu, jako lano s kotvou,“ řekl Zhang. „A pak zatahují to“ lano „a to jim dává sílu, aby se pohybovali vpřed.“
Mechanismus lanového střelu závisí na aktinu a myosinu – stejném biologickém systému, který řídí pohyby lidských svalů. To, jak tento stroj stále funguje v podmínkách subzeru, je nyní klíčovou výzkumnou otázkou, kterou laboratoř sleduje. Když tým porovnával arktické diatomy s mírnými příbuznými klouzajícími podél sklu, polar druh Pohyboval se mnohem rychleji a naznačil evoluční výhodu.
Pod ledem: Skrytý zelený svět
Laboratoř Prakash využila svou dobu maximum v Arktidě a kromě rozsivek shromáždila hojnost údajů o více projektech. To zahrnuje záběry dronů, pořízené pod ledem, které živě ukazuje potenciál této práce.
„Arktida je nahoře bílá, ale pod, je zelená – absolutní hřiště zelená kvůli přítomnosti řas,“ řekl Prakash. „V jistém smyslu vás to nutí uvědomit si, že to není jen malá malá věc, je to významná část potravinového řetězce a ovládá to, co se děje pod ledem.“
Naléhavost v mizející Arktidě
Znalost diatomů je aktivní vyvolává širší otázky týkající se přizpůsobení se měnícímu se polárnímu prostředí. Mohli by se pohybovat zdroji přes arktický potravinový web a vyživovat vše od ryb po lední medvědy? Mohly by jejich hlenské stezky dokonce i osivo nové tvorby ledu, způsob, jakým se perly tvoří kolem zrn písku?
Prakash by normálně neukazoval svou ruku, pokud jde o tyto druhy rodících se myšlenek, ale sázky jsou tentokrát jiné, řekl.
„Mnoho z mých kolegů mi říká, že v příštích 25 až 30 letech nebude žádný Arktický. Když se ztratí ekosystémy, ztratíme znalosti o celých pobočkách v našem stromu života,“ řekl a poznamenal, že závažné předpokládané škrty rozpočtu na Národní vědeckou nadaci se předpokládá, že sníží financování polárního výzkumu o 70 procent. „V mnoha z těchto systémů cítím naléhavost, protože na konci dne je pro objevení zásadní infrastruktura a schopnost fungovat.“
Reference: „Diatomy klouzání ledu stanoví rekordní teplotní limity pro pohyblivost v eukaryotické buňce“ Qing Zhang, Hope T. Leng, Hongquan LI, Kevin R. Arrigo a Manu Prakash, 9. září 2025, Sborník Národní akademie věd.
Doi: 10.1073/pnas.2423725122
Prakash je také vedoucím pracovníkem Stanford Woods Institute for Environment, docent, zdvořilost, biologie a oceánů, člen Stanford Bio-X, Wu Tsai Human Performance Aliance, Institut pro výzkum matek a dětí a institutu Wu Tsai Neurosciences Institute. Mezi další autory patří postgraduální student Hope T. Leng, Hongquan Li, PhD ’23 a Kevin Arrigo. Arrigo je profesorem Donald a Donald M. Steel Profesor Earth Sciences, vedoucího pracovníka Stanford Woods Institute for Environment, a členem Bio-X.
Tento výzkum byl financován National Science Foundation, Stanford VPGE Dare Fellowship, Human Frontier Science Program, Moore Foundation, Schmidt Foundation a Nadace Dalio. Část této práce byla provedena v zobrazovacím zařízení Cell Sciences na Stanford University.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
