摘要：在全球气候变暖的大背景下，北极地区的生态环境正发生着剧烈变化。而在北极冰冻的表面之下，一种微小的生物——硅藻，正以其独特的生存策略挑战着我们对生命极限的认知，同时也为我们揭示了北极生态系统的重要秘密。
在全球气候变暖的大背景下，北极地区的生态环境正发生着剧烈变化。而在北极冰冻的表面之下，一种微小的生物——硅藻，正以其独特的生存策略挑战着我们对生命极限的认知，同时也为我们揭示了北极生态系统的重要秘密。
北极硅藻的“复活”：打破休眠的神话
如果你在北极极冠的边缘钻取冰芯，可能会看到一条细细的“污垢”痕迹。实际上，这些微弱的线条是由硅藻组成的，它们是被玻璃状外壳包裹的单细胞藻类。长期以来，科学家们虽然知道硅藻存在于冰中，但由于它们看起来像是被冻结且不活跃，所以在很大程度上被忽略了。
然而，斯坦福大学于2025年9月9日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究彻底推翻了这一假设。该研究表明，北极硅藻远非静止不动，它们不仅能够忍受寒冷，还能在极端低温下积极移动。这一发现让北极硅藻在科学记录中占据了重要的一席之地。
极端寒冷下的生命奇迹：-15℃的运动
“这不像上世纪80年代电影里的低温生物学。硅藻的活跃程度超乎想象，直到温度降至-15℃，这非常令人惊讶。”该论文的资深作者、斯坦福大学工程与医学院生物工程副教授马努·普拉卡什说道。-15℃是迄今为止有记录的真核细胞运动所能达到的最低温度，真核细胞是存在于植物、动物、真菌和其他生物体中的复杂细胞，其特点是有一个被膜包裹的细胞核。
论文的第一作者、斯坦福大学博士后学者张清在一次北极科考期间采集了样本。她和同事们不仅证明了硅藻在-15℃的低温下具有运动能力，还揭示了它们的滑行依赖于黏液和分子马达的结合。“你可以看到硅藻实际上在滑行，就像在冰上溜冰一样。”张清形象地描述道。
北极科考：揭秘硅藻的生活
这项研究中的硅藻样本，来自一趟为期45天的楚科奇海北极科考之旅。科考船“Sikuliaq”号由美国国家科学基金会所有并由阿拉斯加大学费尔班克斯分校运营。2023年夏季，来自普拉卡什实验室和斯坦福多尔可持续发展学院地球系统科学教授凯文·阿里戈实验室的研究人员，从12个考察站采集了冰芯。他们利用普拉卡什实验室多年来开发的船载显微镜，对冰内部进行了成像，记录下了这些不可思议的北极硅藻的秘密生活。
回到实验室后，研究团队从冰芯中提取出硅藻，并在培养皿中重现了它们的环境，培养皿中含有一层薄薄的冰冻淡水和一层非常冷的咸水。当冰在北极形成时，它会排出盐分，留下带有微小流体通道的淡水冰。为了模拟这种环境，研究人员甚至用自己的头发在冰中制作了通道。即使将特殊的零下显微镜温度降至冰点以下，硅藻仍能滑过这些发丝大小的“高速公路”。研究团队还通过注入荧光珠的凝胶，像在沙滩上追踪脚印一样，追踪了硅藻的运动。
黏液驱动运动：硅藻的独特技能
令人惊讶的是，北极硅藻在滑行时没有摆动、蜷缩或使用任何附肢，而是展示了许多硅藻所具备的技艺——滑行。“有一种类似蜗牛黏液的聚合物，它们分泌这种物质附着在表面上，就像一根带着锚的绳子。”张清解释道，“然后它们拉动这根‘绳子’，这给了它们向前的力。”
这种黏液绳索机制依赖于肌动蛋白和肌球蛋白，与驱动人类肌肉运动的生物系统相同。不过，这个机制如何在零下条件下仍然有效，是该实验室目前正在研究的一个关键问题。当研究团队将北极硅藻与在玻璃上滑行的温带亲属进行比较时，发现北极物种移动得更快，这暗示着北极硅藻可能具有一种进化优势。
中国在北极研究领域的进展
与此同时，中国在北极研究领域也取得了令人瞩目的成果。2025年9月26日，由自然资源部组织的中国第15次北冰洋科学考察“雪龙2”号船返回上海，标志着此次考察圆满完成任务 。本次考察由“雪龙2”号、“极地”号、“深海一号”和“探索三号”四船共同实施，是我国规模最大的北冰洋科学考察 。在“雪龙2”号船保障支持下，“深海一号”船搭载“蛟龙”号成功实现了我国首次载人深潜北极冰区下潜，标志着我国深海进入和深海探测能力持续增强 。
初步研究发现，北极部分海域底栖生物密度、生物多样性、个体体型在几十至上百公里空间范围内呈显著差异，为揭示极地深海底栖生物的空间分布规律和评估气候变化对深海底层生态系统的影响提供了有力支撑 。此外，考察团队还首次按不同水深梯度和时间尺度布放多套海底生物影像观测系统，获取了多要素、多层次、多时空尺度的冰边缘区调查数据，多次捕捉到次表层叶绿素的极大值现象，增进了对北极“海雪”形成机制的理解，为深入研究北极冰边缘区生态系统对海冰消退的响应奠定基础 。
冰下的绿色世界：硅藻的生态意义
除了硅藻研究，普拉卡什实验室还充分利用在北极的时间，收集了关于多个项目的丰富数据，其中包括在冰下拍摄的无人机镜头。“北极的顶部是白色的，但在下面，它是绿色的——完全是翠绿色，因为藻类的存在。”普拉卡什说，“从某种意义上说，这让你意识到这不仅仅是一件微小的事情，这是食物链的重要组成部分，控制着冰下正在发生的一切。”
了解硅藻是活跃的，引发了关于它们如何适应不断变化的极地环境的更广泛问题。它们是否可能在北极食物网中移动资源，滋养从鱼类到北极熊的一切？它们的黏液痕迹甚至是否可以像沙粒形成珍珠一样，播种新的冰层形成？这些问题都有待科学家们进一步研究。
北极生态的紧迫性：保护刻不容缓
普拉卡什表示，他的许多同事告诉他，在未来25到30年内，北极将不复存在。当生态系统丧失时，我们就会失去关于我们生命树上整个分支的知识。然而，目前严重的预算削减预计将使美国国家科学基金会的极地研究资金减少70%，这无疑给北极研究带来了巨大的挑战。
对于中国来说，虽然在北极研究领域取得了一定的进展，但仍然需要不断加大投入，加强国际合作，共同应对北极生态环境变化带来的挑战。因为北极的变化不仅仅影响着极地地区，还会对全球气候、生态系统和人类社会产生深远的影响。
北极硅藻作为一种微小的生物，却以其独特的生存策略和生态意义，让我们对北极生态系统有了更深入的认识。它们不仅挑战了生物学法则，也为我们敲响了保护北极生态环境的警钟。在未来的研究中，我们需要更加关注北极硅藻以及其他极地生物的变化，为保护北极生态系统、维护全球生态平衡贡献更多的力量。
来源：智能学院