Ledo ir sniego dumbliai: apibrėžimas, rūšys ir ekologinė svarba

Ledo ir sniego dumbliai: kas jie, rūšys ir ekologinė svarba — nuo raudonų pigmentų apsaugos iki vaidmens poliarinėse maisto grandinėse (ledynai, Antarktida)

Ledo ir sniego dumbliai - tai dumbliai ir cianobakterijos, augančios ant ilgai besilaikančių sniego ir ledo laukų, pavyzdžiui, ledynų. Kai tarp sniego ir ledo kristalų yra skysto vandens, vasaros mėnesiais jie gali nuspalvinti paviršių žalia, geltona arba raudona spalva. Kai kurių rūšių raudonasis pigmentas yra viduląstelinė apsauga nuo per didelės regimosios šviesos ir ultravioletinės saulės spinduliuotės, kuri priešingu atveju gali sukelti fotosintezės slopinimą arba mutacijas. Be jo paviršiuje esantys dumbliai patirtų chromosomų lūžius ir DNR mutacijas.

Rūšys ir pagrindinės grupės

Sniego ir ledo dumbliai priklauso kelioms sisteminėms grupėms. Tarp dažniausiai sutinkamų yra:

• Žalieji dumbliai (Chlorophyta) – dažnai randami sniego paviršiuose, kai temperatūra palanki fotosintezei.
• Cianobakterijos – prokariotai, galintys sudaryti plonas plėveles ar pigmentuotus sluoksnius ant ledo ir sniego.
• Diatomėjos – ypač svarbios jūros ledo ekosistemose (plačiau žemiau).
• Raudonieji sniego dumbliai (pvz., Chlamydomonas nivalis), kurių raudonieji pigmentai (astaksantinas ir kiti karotenoidai) apsaugo nuo UV spinduliuotės.

Gyvenimo buveinės ir ekologinė reikšmė

Ant jūros ledo taip pat yra ledo dumblių bendrijų. Šie dumbliai (daugiausia diatomėjos) yra svarbūs poliarinėse ekosistemose (ypač Antarktidoje), nes jie teikia maistą kriliams. Kriliai dumblius nubraukia nuo ledo apačios, kuri nuo dumblių nusidažo rudai. Dumblių galima rasti tarp ledo kristalų arba prisitvirtinusių prie jų, vandenyje ar sūraus vandens kanaluose tarp ledo kristalų.

Dumbliai ir cianobakterijos ant sniego ir ledo yra svarbūs ekosistemų pirminiai gamintojai: jie fiksuoja anglies dioksidą ir gamina organines medžiagas, kuriomis naudojasi kiti organizmai. Be to, pigmentai ir dumblių sluoksniai keičia sniego ir ledo albedą (odbiliškumą) – tamsesni sluoksniai sugeria daugiau saulės spindulių, spartindami tirpimą ir turėdami grįžtamąjį poveikį klimato sistemoje.

Prisitaikymai ir apsaugos mechanizmai

Norėdami išgyventi ekstremaliose sąlygose, ledo ir sniego dumbliai turi įvairių fiziologinių ir struktūrinių prisitaikymų:

• Pigmentai (pvz., astaksantinas, karotenoidai) saugo nuo UV ir intensyvios regimosios šviesos.
• Kryoprotektantai (šlakai, cukrų dariniai, specifinės baltymų formos) apsaugo ląsteles nuo užšalimo ir dehidratacijos.
• Storos sienelės, ekstraląstelinių polisacharidų sluoksniai ir gebėjimas susidaryti ramybės stadijas leidžia išgyventi nepalankiu metų laiku.
• Kai kurios rūšys turi UV-absorbuojančius pigmentus ir regeneracinius mechanizmus, mažinančius DNR pažeidimus.

Poveikis sniego ir ledo tirpimui

Dumbliai gali reikšmingai keisti sniego optines savybes. Sniego užteršimas pigmentuotais sluoksniais mažina albedą ir skatina greitesnį tirpimą – tai gali turėti lokalią ir regioninę įtaką hidrologijai bei ledyno dinamikoje. Šis procesas yra vadinamas biologiniu tirpimu (bioalbedo effect) ir jį intensyvina šiltesnės vasaros bei padidėjęs tirpstančio vandens kiekis, kuris sudaro palankias sąlygas dumblinėms bendrijoms plisti.

Mokslinis ir praktinis svarbumas

Tyrinėjant ledo ir sniego dumblius mokslininkai nagrinėja:

• ekosistemų pirminio produkcijos indėlį poliarinėse ir aukštikalnių zonose;
• biocheminių apsaugos mechanizmų, galinčių būti pritaikyti biotechnologijose (pvz., UV filtrai, kryoprotektantai);
• klimato kaitos poveikį albedui ir hidrologiniams procesams.

Grėsmės ir perspektyvos

Klimato kaita ir spartus temperatūros kilimas daugelyje regionų gali didinti sniego ir ledo dumblių paplitimą bei keisti jų bendrijų sudėtį. Tai gali turėti tiek trumpalaikių, tiek ilgalaikių pasekmių: pagreitėti ledynų tirpimas, keistis maisto grandinės struktūra ir tarša. Tuo pačiu metu tirpstančių ledynų ir sniego tyrimai atskleidžia naujas rūšis ir metabolinius mechanizmus, svarbius ekologijai ir potencialiai naudingus pramonei.

Apibendrinant, ledo ir sniego dumbliai yra nedidelės, tačiau ekologiškai reikšmingos organizmų bendrijos, kurios veikia kaip pirminiai gamintojai, keičia fizines paviršiaus savybes ir dalyvauja sudėtinguose klimato–ekosistemos sąveikų tinkluose. Jų stebėjimas ir tyrimas yra svarbūs tiek gamtos mokslams, tiek klimato kaitos prognozėms.

Chlamydomonas nivalis

Chlamydomonas nivalis yra žaliasis mikrodumblis, kuris, be kitų artimai giminingų rūšių, sukelia arbūzų sniegą.

Arbūzų sniegas - tai rausvas arba rausvas sniegas, kurio kvapas gali būti panašus į šviežio arbūzo kvapą. Tokio tipo sniegas vasarą paplitęs Alpių ir pakrančių poliariniuose regionuose, pavyzdžiui, Kalifornijos Siera Nevados kalnuose. Čia, 10 000-12 000 pėdų (3 000-3 600 m) aukštyje, visus metus vyrauja žema temperatūra, todėl sniegas išlieka nuo žiemos audrų. Kai kas nors žengia ant sniego su dumbliais, pėdsakai atrodo raudoni.

Chlamydomonas nivalis yra žalias dumblis, kurio raudona spalva priklauso nuo ryškiai raudono karotenoidinio pigmento (astaksantino). Jis apsaugo chloroplastą ir ląstelės branduolį nuo stiprios regimosios ir ultravioletinės spinduliuotės. Žalieji ir raudonieji pigmentai sugeria šviesą ir šilumą, todėl dumblis gauna skysto vandens, kai aplink jį tirpsta sniegas. Dumblių žydėjimas gali siekti 25 cm gylį. Kadangi kiekviena ląstelė yra 20-30 mikrometrų skersmens, arbatiniame šaukštelyje ištirpusio sniego yra milijonas ar daugiau ląstelių. Dumbliai kaupiasi "saulės taurėse" - negiliose įdubose sniege. Karotinoidinis pigmentas sugeria šilumą, todėl saulės taurės gilėja, o ledynai ir sniego kalvos tirpsta greičiau.

Žiemos mėnesiais, kai juos padengia baltas sniegas, dumbliai nurimsta. Pavasarį maistingosios medžiagos, padidėjęs šviesos kiekis ir tirpstantis vanduo skatina dygimą. Sudygę, ramybės būsenoje esančios ląstelės išskiria mažesnes žalias bičių ląsteles, kurios keliauja sniego paviršiaus link. Priartėjusios prie paviršiaus, vėliavinės ląstelės gali prarasti savo vėliavėles ir suformuoti storasienes ramybės ląsteles arba gali veikti kaip gametos, susijungdamos poromis ir sudarydamos zigotas.

Kai kurios specializuotos rūšys minta C. nivalis, įskaitant pirmuonis, tokius kaip ciliatai, rotifai, nematodai, ledo kirmėlės ir spyruokliniai uodai.

Istorija

Pirmą kartą apie arbūzų sniegą rašoma Aristotelio raštuose. Arbūzų sniegas jau tūkstančius metų glumina alpinistus, tyrinėtojus ir gamtininkus.

1818 m. gegužę keturi laivai išplaukė iš Anglijos ieškoti Šiaurės vakarų kelio ir sudaryti Šiaurės Amerikos arktinės pakrantės žemėlapio. Dėl blogų oro sąlygų laivai galiausiai buvo pasukti atgal, tačiau ekspedicija įnešė svarų indėlį į mokslą. Kapitonas Džonas Rosas (John Ross) pastebėjo purpurinį sniegą, kuris tarsi kraujo upeliai nusidriekė baltomis uolomis, kai jie aplenkė Jorko kyšulį Grenlandijos šiaurės vakarų pakrantėje. Sustojęs desantas atgabeno mėginius į Angliją. Apie šį atradimą 1818 m. gruodžio 4 d. rašė laikraštis "Times":

“

Kapitonas seras Johnas Rossas iš Bafino įlankos atgabeno raudono sniego, tiksliau, sniego vandens, kuris šioje šalyje buvo ištirtas chimiškai, siekiant nustatyti jo dažomosios medžiagos prigimtį. Šia proga mūsų patiklumas yra itin didelis išbandymas, tačiau negalime sužinoti, kad yra koks nors pagrindas abejoti nurodytu faktu. Seras Johnas Rossas nematė krintančio raudono sniego, tačiau matė didelius plotus, padengtus raudonu sniegu. Sniego laukai nebuvo vienodos spalvos, priešingai, juose buvo daugiau ar mažiau raudonų ir įvairaus atspalvio dėmių ar ruožų. Tirpalas, arba ištirpęs sniegas, yra tokio tamsiai raudono atspalvio, kad primena raudonąjį portveiną. Teigiama, kad skystis nusodina nuosėdas, ir neatsakoma į klausimą, ar tos nuosėdos yra gyvulinės, ar augalinės kilmės. Teigiama, kad spalva atsiranda iš dirvožemio, ant kurio krinta sniegas: šiuo atveju ant ledo negalima matyti raudono sniego.

”

Kai 1818 m. Rossas išleido savo kelionės istoriją, prie jos buvo pridėtas Roberto Brauno (Robert Brown) augalų priedas. Jame Brownas raudonąjį sniegą palygino su dumbliais.

Arbūzų sniego dryžiai.


Neįprastos arbūzo sniego duobės, uždengtos oranžinės spalvos batų pėdsaku.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra ledo ir sniego dumbliai?

K: Dėl ko vasaros mėnesiais ledas ir sniegas tampa spalvotas?

K: Kokia kai kurių ledo ir sniego dumblių raudono pigmento paskirtis?

Klausimas: Kur, be ledynų, dar aptinkamos ledo dumblių bendrijos?

K: Kodėl ledo dumblių bendrijos yra svarbios poliarinėse ekosistemose?

K: Kaip krilis gauna maisto iš ledo dumblių bendrijų ant jūros ledo?

K: Kur galima rasti ledo dumblių, susijusių su ledo kristalais?

Paieška pagal raidę