Ledus un sniega aļģes: definīcija, sugas un nozīme polārajās ekosistēmās

Ledus un sniega aļģes: sugas, pigmenti un to nozīme polārajās ekosistēmās — barība krilim, aizsardzība pret UV, ietekme uz sniega/ledus krāsu un klimatu.

Ledus aļģes un sniega aļģes ir aļģes un cianobaktērijas, kas aug uz ilgstošiem sniega un ledus laukiem, piemēram, ledājiem. Ja starp sniega un ledus kristāliem ir pieejams šķidrs ūdens, vasaras mēnešos tās var iekrāsot virsmu zaļā, dzeltenā vai sarkanā krāsā. Dažu sugu sarkanais pigments ir iekššūnu aizsardzība pret pārmērīgu vizuālo gaismu un saules ultravioleto starojumu, kas pretējā gadījumā var izraisīt fotosintēzes fotoinhibīciju vai mutācijas. Bez tā aļģes virspusē ciestu no hromosomu pārrāvumiem un DNS mutācijām.

Sugas un taksonomija

Ledus un sniega aļģes nav viena taksonomiska grupa — tās ietver dažādas aļģu un baktēriju līnijas, kurām ir līdzīgas ekoloģiskās nišas un pielāgojumi aukstai videi. Galvenās grupas ir:

• Diatomas (silikāta sieniņas) — bieži dominē jūras ledus kopienās; daudzas jūras un ledus diatomu sugas ir galvenie primārie ražotāji polārajās jūrās.
• Zaļās aļģes (Chlorophyta), piemēram, sniega sarkanās aļģes — tipi, kas rada pazīstamo «arbūza» jeb «sarkanā sniega» parādību (piem., sugas tradicionāli dēvētas Chlamydomonas nivalis un mūsdienās arī Sanguina saimei).
• Cianobaktērijas — mikrobi, kas var veidot masu kolonijas sniegā un uz ledus, palīdz fiksēt slāpekli un veidot mikrobiālus matračus.

Pielāgošanās ekstremālai videi

Sniega un ledus aļģēm ir vairākas īpašas adaptācijas, kas ļauj tām izdzīvot pie ļoti zemām temperatūrām, lielas gaismas intensitātes un augsta UV starojuma:

• Pigmenti (karotinoīdi, tostarp astaksantīns) absorbē lieko gaismu un UV, pasargājot fotosintētiskos aparātus.
• Ekstracelulārie polisaharīdi (EPS) un gļotas, kas palīdz saglabāt mitrumu, samazina mehānisko bojājumu risku un veido mikrohabitātus uz kristāliem.
• Antifrīza un psihrofilas enzīmu sistēmas, kas uztur šūnu metabolismu zemā temperatūrā.
• Dorma veidi (cistas vai sporas), kas ļauj pārciest ilgas ziemas vai sausuma periodus un atjaunoties, kad apstākļi kļūst labvēlīgi.

Loma polārajās ekosistēmās

Ledus un sniega aļģes ir ekoloģiski nozīmīgas vairāku iemeslu dēļ:

• Primārā produkcija: tās ģenerē organisko vielu, kas baro pārtikas tīklus polārajās jūrās un uz ledājiem.
• Pamatbarības avots: uz jūras ledus ir arī ledus aļģu sabiedrības. Šīs aļģes (galvenokārt diatomas) ir svarīgas polārajās ekosistēmās (īpaši Antarktīdā), jo tās nodrošina barību krilam. Krils nokasa aļģes no ledus apakšas, ko aļģes iekrāso brūnā krāsā.
• Albedo un klimata ietekme: tumšāks sniegs vai ledus (sarkanas vai brūnas krāsas aļģu plankumi) samazina virsmas atstarošanu (albedo), veicinot lielāku siltuma uzsūkšanos un potenciāli paātrinot kūstošās virsmas.
• Biogeogrāfiskā un biogeokīmiskā nozīme: aļģes ietekmē oglekļa fiksāciju, skābekļa ražošanu un barības vielu pārvietošanu ūdens kolonnā, kā arī nodrošina mikrohabitātus citiem mikroorganismiem un bezmugurkaulniekiem.

Aļģes var atrasties starp ledus kristāliem vai piestiprinātas pie tiem, ūdenī vai sālsūdens kanālos starp ledus kristāliem. Tās veido struktūras gan uz ledus virsmas, gan tā apakšējām slānēm, kurās ir salīdzinoši vairāk barības vielu un aizsardzības pret UV starojumu.

Pētīšanas metodes un novērojumi

Ledus un sniega aļģu izpēte apvieno vairākas pieejas:

• lauka paraugu ņemšana un mikroskopija (morfoloģiskai identifikācijai),
• molekulārās metodes (DNS sekvencēšana) sugu un populāciju pētīšanai,
• spektrālā attēlveidošana un satelītnovērojumi, kas ļauj noteikt plašas «sarkanā sniega» zonas un analizēt sezonālās izmaiņas,
• eksperimentāli pētījumi laboratorijā — temperatūras, gaismas un barības vielu ietekme uz fotosintēzi un augšanu.

Ietekme no klimata pārmaiņām un draudi

Globālā sasilšana maina ledus un sniega aļģu sezonālo dinamiku un izplatību. Prognozētās izmaiņas ietver:

• agrāku un intensīvāku ziedēšanu siltākās sezonās, kas var mainīt pārtikas pieejamību sezonālo barības ķēžu dalībniekiem;
• sniega seguma samazināšanos un ledus retināšanos, kas maina mikrohabitat—dažas sugas var izplatīties, citas pazust;
• albedo samazināšanos vietās ar biežiem aļģu plankumiem, kas var paātrināt vietējo kušanu un radīt pozitīvus atgriezeniskos saites mehānismus.

Secinājums

Ledus un sniega aļģes ir nozīmīgs un specializēts mikroorganismu kopums, kas pilda būtiskas lomas polārajās ekosistēmās — no primārās produkcijas nodrošināšanas līdz ietekmei uz virsmas albedo un klimatu. To izpēte palīdz saprast gan vietējos, gan globālus procesus, kas saistīti ar ledāja un jūras ledus veselību, kā arī sniedz svarīgu informāciju par klimata pārmaiņu ietekmi uz aukstajām vidēm.

Chlamydomonas nivalis

Chlamydomonas nivalis ir zaļā mikroaļģe, kas līdzās citām radniecīgām sugām izraisa arbūzu sniegu.

Arbūzu sniegs ir sniega sniegs, kas ir sarkanīgā vai rozā krāsā un kam var būt svaiga arbūza smarža. Šāda veida sniegs vasarā ir izplatīts kalnu un piekrastes polārajos reģionos, piemēram, Kalifornijas Sjerra Nevadas kalnos. Šeit 10 000 līdz 12 000 pēdu (3 000-3 600 m) augstumā temperatūra ir zema visu gadu, tāpēc sniegs saglabājas no ziemas vētrām. Kad kāds uzkāpj uz sniega ar aļģēm, pēdu nospiedumi izskatās sarkani.

Chlamydomonas nivalis ir zaļa aļģe, kas par savu sarkano krāsu ir pateicīga spilgti sarkanam karotinoīda pigmentam (astaksantīnam). Tas aizsargā hloroplastu un šūnas kodolu no spēcīga redzamā un ultravioletā starojuma. Zaļais un sarkanais pigments absorbē gaismu un siltumu, kas aļģei dod šķidru ūdeni, kad ap to kūst sniegs. Aļģu ziedēšana var sasniegt 25 cm dziļumu. Tā kā katras šūnas diametrs ir 20 līdz 30 mikrometri, izkusušā sniega tējkarote satur miljonu vai vairāk šūnu. Aļģes veidojas "saules kausos", kas ir seklas ieplakas sniegā. Karotenoīdu pigments absorbē siltumu, kas padziļina saules kausus un paātrina ledāju un sniega vaļņu kušanu.

Ziemas mēnešos, kad tās pārklāj balts sniegs, aļģes kļūst neaktīvas. Pavasarī barības vielas, palielināts gaismas daudzums un kūstošais ūdens stimulē dīgšanu. Kad tās dīgst, no miera stāvoklī esošajām šūnām izdalās mazākas zaļas bārkstiņķainas šūnas, kas virzās uz sniega virsmu. Kad bārkstiņķermenīši pietuvojas virsmai, tie var zaudēt bārkstiņus un veidot biezu sienu miera šūnas, vai arī tie var darboties kā gametas, saplūstot pāros un veidojot zigotas.

C. nivalis barojas ar dažām specializētām sugām, tostarp tādiem vienšūņiem kā ciliāti, rotifārijas, nematodes, ledus tārpi un pavasara astes.

Vēsture

Pirmie apraksti par arbūzu sniegu atrodami Aristoteļa darbos. Arbūzu sniegs jau tūkstošiem gadu ir mulsinājis alpīnistus, pētniekus un dabas pētniekus.

1818. gada maijā no Anglijas izbrauca četri kuģi, lai meklētu Ziemeļrietumu ceļu un kartētu Ziemeļamerikas arktisko piekrasti. Sliktie laikapstākļi lika kuģiem atgriezties, taču ekspedīcija deva nozīmīgu ieguldījumu zinātnē. Kapteinis Džons Ross pamanīja purpursarkano sniegu, kas kā asins straumes plūda pa baltajām klintīm, kad viņi tuvojās Jorkas zemesragam Grenlandes ziemeļrietumu piekrastē. Desanta grupa apstājās un atveda paraugus uz Angliju. Par šo atklājumu 1818. gada 4. decembrī rakstīja laikraksts Times:

“

Kapteinis sers Džons Ross no Bafina līča ir atvedis sarkanā sniega vai drīzāk sniega ūdens daudzumu, kas šajā valstī tika pakļauts himniskai analīzei, lai atklātu tā krāsvielas dabu. Šajā gadījumā mūsu lētticība ir pakļauta ārkārtējam pārbaudījumam, taču mēs nevaram uzzināt, ka ir kāds iemesls apšaubīt minēto faktu. Sers Džons Ross nav redzējis, ka sniega krāsa būtu sarkana, taču viņš redzēja lielus laukumus, kas bija pārklātas ar sarkanu sniegu. Sniega lauki nebija vienkrāsaini, gluži pretēji, bija vairāk vai mazāk sarkani plankumi vai svītras, kas bija dažāda dziļuma nokrāsas. Šķidrums jeb izšķīdušais sniegs ir tik tumši sarkans, ka atgādina sarkano portvīnu. Ir konstatēts, ka šķidrums nogulsnē nogulsnes, un nav atbildes uz jautājumu, vai šīs nogulsnes ir dzīvnieku vai augu izcelsmes. Tiek izteikts pieņēmums, ka krāsu iegūst no augsnes, uz kuras nokrīt sniegs: šajā gadījumā uz ledus nav redzams sarkans sniegs.

”

Kad 1818. gadā Ross publicēja savu stāstu par ceļojumu, tam bija pievienots Roberta Brauna (Robert Brown) pielikums ar augiem. Tajā Brauns salīdzināja sarkano sniegu ar aļģi.

Arbūzu sniega svītras.


Neparastas arbūza sniega bedrītes, kas pārklātas ar oranži oranžas krāsas zābaka nospiedumu.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir ledus aļģes un sniega aļģes?

J: Kas izraisa ledus un sniega iekrāsošanos vasaras mēnešos?

J: Kāda ir dažu ledus un sniega aļģu sarkanā pigmenta nozīme?

J: Kur vēl bez ledājiem ir sastopamas ledus aļģu sabiedrības?

J: Kāpēc ledus aļģu sabiedrības ir svarīgas polārajās ekosistēmās?

J: Kā krili iegūst barību no ledus aļģu sabiedrībām uz jūras ledus?

J: Kur var atrast ledus aļģes saistībā ar ledus kristāliem?

Meklēt pēc burta