Открытие стало результатом 45-дневной экспедиции в Чукотское море на борту исследовательского судна Sikuliaq летом 2023 года.
Арктический диатомовый водоросль с центральными актиновыми нитями, которые обеспечивают его характерное скользящее движение по льду.
Лаборатория Пракаша
Ученые из Стэнфорда обнаружили, что одноклеточные арктические водоросли могут активно двигаться при температуре до –15 градусов Цельсия (5 °F), что является самым холодным движением, когда-либо зафиксированным для эукариотической клетки.
Это открытие ставит под сомнение устоявшееся мнение о том, что диатомовые водоросли находятся в состоянии покоя, находясь в толще морского льда, и позволяет предположить, что они могут играть более активную роль в полярных экосистемах, чем считалось ранее.
«Это не криобиология из фильмов 80-х. Диатомовые водоросли настолько активны, насколько мы можем себе представить, пока температура не опустится до -15 градусов Цельсия, что крайне удивительно», — сказал Ману Пракаш, доцент кафедры биоинженерии и старший автор исследования.
Диатомовые водоросли, заключённые в стекловидные раковины, долгое время наблюдались в виде едва заметной линии грязно-серого цвета в арктических ледяных кернах. Об их присутствии было известно, но они казались запертыми и неподвижными, поэтому привлекали мало внимания. Новое исследование переворачивает это представление.
«Вы можете видеть, как диатомовые водоросли фактически скользят, словно они катаются на коньках по льду», — сказал ведущий автор Цин Чжан, научный сотрудник Стэнфордского университета, собравший образцы во время арктической экспедиции.
Группа ученых продемонстрировала, что такое скольжение сохраняется до –15 градусов Цельсия, устанавливая новый стандарт клеточной подвижности в сложных организмах, имеющих ядро.
Самое холодное из известных движений в сложных ячейках
Открытие стало результатом 45-дневной экспедиции в Чукотское море на борту исследовательского судна Sikuliaq летом 2023 года. Исследователи из лаборатории Пракаша и лаборатории Кевина Арриго, профессора наук о системе Земли, извлекли ледяные керны с 12 станций и использовали набор микроскопов, разработанных лабораторией Пракаша, для получения изображений внутренней части льда.
Вернувшись в лабораторию, они воссоздали среду обитания диатомовых водорослей, поместив тонкий слой замороженной пресной воды поверх очень холодной солёной, имитируя естественные микроканалы, образующиеся при замерзании морского льда, вытесняющего соль. Чтобы имитировать эти нитевидные пути, команда создала каналы во льду, используя человеческие волосы.
Используя специальный микроскоп для работы при отрицательных температурах, исследователи наблюдали, как водоросли скользили по этим ледяным магистралям, не трясясь, не сжимаясь и не используя видимые конечности. В дополнительных экспериментах они встраивали флуоресцентные шарики в гели для отслеживания «следов» движения, подтверждая направленное скольжение, а не пассивный дрейф.
По сравнению с сородичами из умеренного климата, скользящими по стеклу, арктические виды передвигались гораздо быстрее, что указывает на то, что адаптированная к холоду подвижность может давать эволюционное преимущество в условиях полярных льдов.
Как кататься на коньках в условиях сильного холода
Движение основано на хорошо известной стратегии диатомовых водорослей. Скольжение по собственной слизи. «Они выделяют полимер, похожий на слизь улиток, который прилипает к поверхности, словно верёвка с якорем», — сказал Чжан. «А затем они тянут за эту „верёвку“, и это даёт им силу двигаться вперёд». Механизм «верёвки и лебёдки» основан на актине и миозине — тех же молекулярных моторах, которые управляют сокращениями мышц человека.
Тот факт, что этот механизм остается функциональным в условиях отрицательных температур, поднимает новые биофизические вопросы, которые сейчас изучают ученые, в том числе вопрос о том, как белки и полимеры сохраняют гибкость и генерируют силу, когда вода в основном замерзает.
Последствия для меняющейся Арктики
Под кажущейся белой арктической поверхностью лежит «абсолютно зелёный цвет из-за присутствия водорослей», сказал Пракаш, подчеркнув, насколько широко распространены эти организмы подо льдом. Если диатомовые водоросли активно перемещаются в условиях экстремально низких температур, они могут перераспределять питательные вещества и энергию, распространяясь по пищевой цепи от микробов к рыбе и, косвенно, к высшим хищникам, таким как белые медведи.
Команда также указывает на гипотетические, но проверяемые возможности, например, могут ли слизистые следы служить точками зарождения нового льда, подобно тому, как жемчужины образуются вокруг песчинок. Понимание этих процессов крайне важно. «В каком-то смысле это заставляет осознать, что это не просто крошечный объект, а важная часть пищевой цепи, контролирующая всё, что происходит подо льдом», — сказал Пракаш.
Он добавил, что «в ближайшие 25–30 лет Арктики не будет», и отметил, что прогнозируемое резкое сокращение бюджета Национального научного фонда, по прогнозам, приведёт к сокращению финансирования полярных исследований на 70%. «Я ощущаю острую необходимость во многих из этих систем, поскольку, в конечном счёте, инфраструктура и производственные мощности критически важны для научных открытий».
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Sourse: interestingengineering.com
