沉睡不再：北极硅藻在冰下苏醒

如果钻开北极冰盖边缘取出冰芯，你可能会看到一条像是泥土的细线。实际上，这些模糊的线是由包裹着玻璃壳的单细胞藻类——硅藻组成。科学家们早已知晓它们的存在，但因其表面上冻结不动，长期以来被忽略，但这一看法已被最新成果推翻。

斯坦福大学团队9月9日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）的研究显示，北极硅藻并非静止不动。它们不仅在冰中存活，还能够主动移动，由此被载入科学史册。

一张北极硅藻的图像，展示了贯穿其中央的肌动蛋白丝，正是这些丝状结构使其能够滑行移动。图片来源：Prakash实验室

研究人员开发并使用了特殊显微镜和实验环境，追踪硅藻在冰层中的移动轨迹。图片来源：Prakash实验室

“这不是上世纪八十年代电影里的冷冻医学。硅藻在零下15℃（约合华氏5度）时依然活跃，这非常惊人。”斯坦福大学生物工程系副教授、论文通讯作者马努·普拉卡什表示。

这一温度是迄今发现的真核细胞（即拥有细胞核的复杂生物细胞，包括植物、动物、真菌等）活动能达到的最低纪录。

“你能亲眼看到这些硅藻在冰面滑行，就像溜冰一样。”第一作者张庆（斯坦福博士后）曾在北极科考期间采集这些样本。她和团队不仅观测到了极低温下微生物的运动，还证实硅藻的滑行依赖于黏液和细胞分子马达的共同作用。

这项研究的样本采自美国国家科学基金会所属、由阿拉斯加大学费尔班克斯运营的Sikuliaq号科研破冰船，团队自2023年夏季在楚科奇海沿12个站点钻取冰芯。在经过多年自主研发的船载显微镜辅助下，团队首次捕捉到这些极地硅藻的冰下生态影像。

回到实验室后，科研人员将冰芯中的硅藻取出，放置在含一层冻淡水和一层极冷盐水的培养皿中重现环境。北极结冰时会将盐分排除，淡水冰内部形成微小流体通道，实验中，研究人员甚至用自己的头发模拟这些微通道。

即使显微镜下温度降至冰点以下，硅藻依旧能于发丝般狭窄的通道间滑行。进一步实验用掺入荧光微球的凝胶追踪了它们的移动轨迹。

令人惊讶的是，这些硅藻无需摆动或伸缩任何附肢，就能在冰面上前行，这是硅藻家族普遍具备的“滑行”本领。

“它们分泌一种聚合物，类似蜗牛的黏液，能牢牢附着表面，像是抛出系住的绳子。”张庆解释道，“随后它们拉动‘绳索’，借此获得前进的动力。”

这种黏液机制依赖肌动蛋白和肌球蛋白协作——这也是驱动人类肌肉运动的生理系统。硅藻如何在冰点以下维持这一机制成为后续研究的关键。当团队将北极硅藻与温带亲缘硅藻的滑行速度相比，极地类型明显更快，显示出独特的进化适应性。

这些硅藻是在"西库利亚克号"研究船的考察航行中采集的。此次航行期间，研究人员走访了十余个研究站，并目睹了数只北极熊的身影。图片来源：斯坦福大学莱克西·阿伦

普拉卡什实验室利用本次北极科考采集了大量数据，包括冰下无人机拍摄影像，直观展现了研究的意义。

“北极表面是白色，但冰下却是深绿色——因为大量藻类的存在，”普拉卡什说，“很难想象，这些微生物实际上构成了庞大食物链的一环，并影响着冰下生态系统的动态。”

硅藻的活跃让科学家们不得不重新审视其在极地环境变化中的角色。它们是否在冰下食物网中转运养分，间接滋养鱼类和北极熊？甚至，它们的黏液轨迹是否如珍珠在砂粒上生长一样，有助于新冰的生成？

普拉卡什坦言：“许多同行告诉我，再过25到30年，北极或将消失。当生态系统消亡，我们可能失去对生命之树整个分支的认知。”他还指出，美国国家科学基金会极地研究经费预计将被削减70%。“我对诸多系统感到紧迫，因为基础设施和研究能力是科学发现的关键。”

编译自/ScitechDaily