Naukowcy przywrócili do życia bałtyckie glony sprzed 7000 lat

Niemieccy naukowcy zdołali ożywić uśpione od blisko 7000 lat malutkie glony spoczywające na dnie Morza Bałtyckiego. Pomimo tak długiego czasu spędzonego w osadach bez światła i tlenu, badane gatunki okrzemek odzyskały pełną sprawność.

Za badaniami stoją naukowcy z Instytutu Badań Morza Bałtyckiego im. Leibniza w Warnemünde. W ramach projektu PHYTOARK, którego celem jest lepsze zrozumienie przyszłości Morza Bałtyckiego za pomocą badań jego przeszłości, uczeni wydobyli z głębokości około 240 metrów formy przetrwalnikowe okrzemek, które osiadły na dnie Bałtyku około 7000 lat temu. W laboratorium naukowcom udało się ożywić glony i przywrócić im pełną sprawność.

Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „The ISME Journal” (DOI: 10.1093/ismejo/wrae252).

7000 lat na dnie Bałtyku

Okrzemki to malutkie, jednokomórkowe glony. Występują pojedynczo lub w koloniach. Posiadają zbudowane z krzemionki pancerzyki. Żyją w wodzie, a ich liczne gatunki można spotkać na całym świecie. Energię pozyskują na drodze fotosyntezy. Wytwarzają około 25 proc. materii organicznej w oceanach oraz około 25 proc. ziemskiego tlenu. Często wykorzystywane są do oceny jakości wód, ale badacze używają ich również jako gatunki wskaźnikowe, o wąskim zakresie tolerancji wobec czynników środowiskowych, do odtwarzania warunków w różnych pradawnych ekosystemach.

Okrzemki w trudnych warunkach środowiskowych, tak jak wiele innych gatunków, tworzą formy przetrwalnikowe. Ich metabolizm wówczas niemal zanika. Formy przetrwalnikowe często organizują się w struktury ochronne, ze zmagazynowanymi zapasami energii. Okrzemki w takim uśpionym stadium opadają na dno, gdzie z czasem są pokrywane osadem, który dość dobrze konserwuje je w warunkach beztlenowych.

– Takie osady są jak kapsuła czasu zawierająca cenne informacje o minionych ekosystemach i zamieszkujących je społecznościach biologicznych, ich rozwoju, populacji i zmianach genetycznych – powiedziała Sarah Bolius, ekspertka ds. fitoplanktonu z Instytutu Badań Morza Bałtyckiego im. Leibniza w Warnemünde, pierwsza autorka publikacji.

„Ekologia zmartwychwstania”

Naukowcy wydobyli z dna Bałtyku, a konkretnie ze wschodniej części Głębi Gotlandzkiej zawierające osady rdzenie podczas wyprawy w 2021 roku. Następnie zespół kierowany przez Bolius, w którego skład weszli także eksperci z uniwersytetów w Rostocku i Konstancji, przeanalizował zebrany materiał pod kątem uśpionych komórek fitoplanktonu z przeszłości.

– To podejście nosi dość niezwykłą nazwę „ekologii zmartwychwstania”. Uśpione stadia, które można wyraźnie przypisać do konkretnych okresów historii Morza Bałtyckiego ze względu na wyraźną stratyfikację osadów, mogą zostać przywrócone do życia w sprzyjających warunkach, a następnie są charakteryzowane genetycznie i fizjologicznie oraz porównywane z obecnymi populacjami fitoplanktonu – wyjaśniła Bolius.

Badacze zaznaczyli też, że analizując inne składniki osadów będzie można również wyciągnąć wnioski na temat przeszłych warunków zasolenia, temperatury i natlenienia Bałtyku.

– Łącząc wszystkie te informacje, chcemy lepiej zrozumieć, w jaki sposób i dlaczego fitoplankton Morza Bałtyckiego dostosował się genetycznie i funkcjonalnie do zmian środowiskowych – podkreśliła Bolius.

Powrót do pełnej sprawności

Umieszczając uśpione formy okrzemek w dogodnych dla nich warunkach, naukowcom udało się wybudzić glony z dziewięciu próbek. Następnie badacze wyizolowali poszczególne szczepy. Próbki pobrano z różnych warstw osadów i reprezentują one okres około 7000 lat, a zatem różne fazy klimatyczne Morza Bałtyckiego.

Pełną sprawność osiągnął tylko jeden gatunek okrzemek – Skeletonema marinoi. To powszechny w Morzu Bałtyckim gatunek. Zwykle występuje podczas wiosennego zakwitu. Najstarsza wybudzona okrzemka pochodziła z próbki liczącej 6871 lat (± 140 lat). Ożywione okrzemki z gatunku Skeletonema marinoi odzyskały zdolność do fotosyntezy oraz do rozmnażania się, a wydajność tych procesów jest porównywalna ze współczesnymi szczepami Skeletonema marinoi.

– To niezwykłe, że wskrzeszone glony nie tylko przetrwały, ale najwyraźniej nie straciły nic ze swojej biologicznej wydajności. Rosną, dzielą się i przeprowadzają fotosyntezę jak ich współcześni potomkowie – zaznaczyła Bolius.

Te mające około 7000 lat maleńkie okrzemki należą do najstarszych organizmów, które zostały pomyślnie wskrzeszone ze stadium uśpienia. W przypadku osadów wodnych nie są znane żadne starsze przypadki.

– Fakt, że udało nam się pomyślnie reaktywować tak stare glony ze stanu uśpienia, jest ważnym pierwszym krokiem w dalszym rozwoju „ekologii zmartwychwstania” w Morzu Bałtyckim. Oznacza to, że teraz możliwe jest przeprowadzanie „eksperymentalnych przeskoków czasowych” do różnych etapów rozwoju Morza Bałtyckiego w laboratorium – zaznaczyła Bolius.

Źródło: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde, fot. Wikimedia Commons/ CC BY-SA 4.0/ Brandon Antonio Segura Torres & Priscilla Vieto Bonilla