«Красный снег» — результат размножения водорослей Chlamydomonas nivalis
Wikimedia Commons
Водоросли, обитающие на поверхности ледников Аляски, ответственны за таяние почти 20 процентов снежного покрова на них. Плавить снег водорослям помогает красный пигмент, который они запасают, чтобы обеспечить себя водой. В будущем этот процесс ускорится, подсчитали ученые из университета Аляски в США. Их статья опубликована в Nature Geoscience.
Ледяные щиты Антарктики и Гренландии благодаря белизне снежно-ледового покрова отражают солнечное излучение и тем самым защищают планету от нагревания. Оседающие на ледниках частицы пыли и сажи снижают альбедо (отражательную способность) покрова и способствуют его таянию. Как выяснилось, немалый вклад в этот процесс вносят и микробные сообщества, обитающие на поверхности снега.
Микроскопическая снежная водоросль Chlamydomonas nivalis (хламидомонада снежная), хотя и относится к зеленым водорослям, запасает большое количество красного пигмента астаксантина. В местах, где она размножается, снег приобретает розовый или красный оттенок (это феномен так и называется — «красный снег», или «арбузный снег»). Так как эти водоросли живут на поверхности снега, лимитирующим фактором для их жизнедеятельности является жидкая вода. Предполагается, что красный пигмент рассеивает тепло и тем самым способствует таянию снега, то есть образованию доступной для микроорганизмов воды.
Исследователи оценили, какой вклад вносят водоросли в таяние ледников на ледовом поле Хардинг на Аляске. Это поле, объединяющее около 40 ледников, занимает площадь 1900 квадратных километров, и со временем его размер и толщина льда уменьшаются. Путем анализа фотографий, сделанных спутником летом 2013 года, авторы работы рассчитали, что водоросли покрывали на тот момент треть площади ледника — почти 700 квадратных километров.
Чтобы количественно определить вклад водорослей в таяние поля, ученые разметили на леднике несколько экспериментальных площадок. На контрольных площадках водоросли вывели при помощи отбеливателя, а на опытных, наоборот, «полили» водой, чтобы стимулировать их рост, либо подкормили удобрениями.
Увеличение биомассы водорослей приводит у усилению таяния снега. Вверху: манипуляция объемом биомассы при помощи подкормки удобрениями (зеленый), добавления жидкой воды (голубой), выведения водорослей на участке (белый), оставления "как есть" (красный). Внизу: график зависимости таяния (ось ординат) от площади, занятой водорослями (ось абсцисс), имеет квадратичную зависимость
Gerard Q. Ganey et al / Nature Geoscience 2017
Добавление простой воды привело к увеличению биомассы на опытных участках в полтора раза, а подкормка удобрениями — в четыре раза. Увеличение количества водорослей привело к усилению таяния снега по квадратичной функции. Рассчитав в соответствии с уравнением объем снега, суммарно «уничтоженного» водорослями на поле Хардинг, ученые пришли к выводу, что их вклад составляет 17 процентов от общего объема растаявшей массы ледников.
Авторы резюмируют, что с увеличением средней температуры вклад водорослей будет только увеличиваться за счет увеличения доступной жидкой воды и минералов. Модель, опробованная учеными на ледовом поле Хардинг, может помочь рассчитать биоальбедо — отражательную способность покрытого микроорганизмами снега — на основных ледовых щитах планеты и тем самым уточнить прогнозы по таянию льда и ожидаемому подъему уровня Мирового океана.
Мы писали ранее, что климатологи недооценили вклад таяния Гренландии в подъем уровня Мирового океана — за XX век Гренладский ледяной щит обеспечил не менее десяти процентов прироста.
Дарья Спасская
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.