这一发现源于2023年夏季在楚科奇海为期45天的科学考察，研究团队搭乘西库利亚克号科考船完成了此次远征。
斯坦福大学科学家发现，北极单细胞藻类能在低至零下15摄氏度的环境中主动运动，这是真核细胞有记录以来最低温的运动现象。该发现打破了"硅藻被封存在海冰中时会保持休眠"的长期假设，表明它们在极地生态系统中可能扮演着比既往认知更活跃的角色。
"这绝非1980年代电影中的低温生物学现象。硅藻在低至零下15摄氏度的环境中仍能保持我们所能想象的最大活性，这令人超级惊讶，"生物工程学副教授、本研究资深作者马努·普拉卡什表示。硅藻这类包裹在玻璃状外壳中的藻类，长期以来在北极冰芯中只是一道模糊的土色线条。虽知其存在，但因看似被困于冰中静止不动，始终未获足够关注。新研究彻底颠覆了这一认知。
"你能亲眼看到硅藻在冰面上滑行，就像溜冰一样，"第一作者、斯坦福博士后张青（音）描述道。他在北极科考期间采集了样本。研究团队证实这种滑行运动可持续至零下15摄氏度，为复杂具核生物的细胞运动设立了新基准。
最低温的复杂细胞运动
该发现源于2023年夏季在楚科奇海为期45天的科学考察。来自普拉卡什实验室与地球系统科学教授凯文·阿里戈实验室的研究人员，从12个观测站提取冰芯，并利用普拉卡什实验室研发的显微镜组对冰内环境进行成像。
回到实验室后，他们用超低温盐水上覆薄层冷冻淡水重建硅藻生存环境，模拟海冰冻结时排盐形成的天然微通道。为复现发丝粗细的冰通道，团队甚至使用人类头发在冰中塑造通道。
借助特制低温显微镜，研究人员观察到藻类无需剧烈摆动、收缩或使用可见附肢即可滑过这些冰通道。通过将荧光微球嵌入凝胶的补充实验，他们追踪到运动"足迹"，确认这是主动滑行而非被动漂移。与在玻璃表面滑行的温带近亲相比，北极硅藻运动速度更快，暗示这种冷适应运动能力可能在极地冰环境中具有进化优势。
极端低温下的"滑行"机制
该运动由硅藻的经典策略驱动：通过自身分泌的黏液滑行。"它们会分泌一种类似蜗牛黏液的聚合物，这种物质能像锚定绳索般附着于表面，"张青解释道，"随后它们拉动这条'绳索'获得前进动力。"这种"绳索-绞盘"机制依赖于肌动蛋白和肌球蛋白 —— 与驱动人类肌肉收缩的分子马达相同。
该机械系统在零下环境仍保持运转的现象，引出了团队正在探索的新生物物理学问题：当水体大部分冻结时，蛋白质和聚合物如何维持柔性并产生作用力？
变化中的北极生态启示
"藻类的存在使看似洁白的北极冰面之下呈现墨绿色，"普拉卡什强调这些生物在冰下的广泛分布。若硅藻在极寒中保持活跃运动，可能以涟漪效应在整个食物网中重新分配营养和能量 —— 从微生物到鱼类，并间接影响北极熊等顶级捕食者。
团队还提出可供验证的推测：黏液轨迹是否会像沙粒促成珍珠形成那样，成为新冰形成的成核点？理解这些过程至关重要。"某种意义上这让我们意识到，硅藻不仅是微小的存在，更是食物链的重要环节，掌控着冰下世界的变化，"普拉卡什指出。
他补充道："未来25到30年内，北极可能不复存在"，并提到美国国家科学基金会的预算大幅削减预计将使极地研究经费减少70%。"我对这些生态系统怀有紧迫感，因为归根结底，科研基础设施和运营能力是发现之旅的关键。"
该研究已发表于《美国国家科学院院刊》。
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