波罗的海淤泥中7000年没有光和氧气后，研究人员使史前藻类复活

由莱布尼茨波罗的海研究所领导的一个研究小组能够恢复近7000年前沉入波罗的海底的藻类的休眠阶段。尽管数千年来在没有光和氧气的沉积物中没有活动，但所研究的硅藻物种恢复了完全的生存能力

这项发表在《ISME杂志》上的研究是作为合作研究项目PHYTOARK的一部分进行的，该项目旨在通过对波罗的海过去的古生态学调查，更好地了解波罗的海的未来

许多生物，从细菌到哺乳动物，都可以进入一种“睡眠模式”，即休眠，以便在不利的环境条件下生存

它们会进入代谢活动减少的状态，并经常形成特殊的休眠阶段，具有强大的保护结构和内部储存的能量储备。这也适用于浮游植物，即生活在水中并进行光合作用的微观小型植物。它们的休眠阶段沉入水体底部，随着时间的推移，它们被沉积物覆盖，并在缺氧条件下保存

Sarah Bolius解释说：“这些沉积物就像一个时间胶囊，里面包含着关于过去生态系统和栖息生物群落、它们的种群发展和遗传变化的宝贵信息。”

IOW浮游植物专家是该研究的第一作者，该研究专门分析了波罗的海的沉积物岩心，以寻找过去存活的浮游植物休眠细胞

Bolius继续说道：“这种方法有一个相当不寻常的名字，叫做‘复活生态学’：由于波罗的海沉积物的明显分层，可以明确地分配给波罗的海历史特定时期的休眠阶段将在有利的条件下恢复生命，然后对其进行遗传和生理特征分析，并与当今的浮游植物种群进行比较。”

通过分析其他沉积物成分，即所谓的替代品，也可以得出关于过去盐度、氧气和温度条件的结论

研究人员解释说：“通过结合所有这些信息，我们的目标是更好地了解波罗的海浮游植物是如何以及为什么在基因和功能上适应环境变化的。”

古老的基因，稳定的功能

由Bolius领导的团队，包括国际海洋观测组织专家以及罗斯托克大学和康斯坦茨大学的研究人员，在2021年与研究船Elisabeth Mann Borgese一起探险时，检查了从东哥特兰深海240米深处采集的沉积物岩心。

在有利的营养和光照条件下，可以从9个沉积物样本中唤醒活藻类，并分离出单个菌株。这些样本取自不同的沉积层，代表了大约7000年的时间跨度，因此是波罗的海的主要气候阶段

硅藻物种Skeletonema marinoi是所有样本中唯一复活的浮游植物物种。它在波罗的海非常常见，通常发生在春季开花期间。该物种最古老的活细胞样本的年龄为6871±140岁

“值得注意的是，复活的藻类不仅‘一般’存活下来，而且显然没有失去任何‘适应性’，即它们的生物性能。它们像现代后代一样生长、分裂和光合作用，”Bolius强调

Bolius说，这甚至适用于来自大约7000年前沉积层的细胞，这些细胞在培养过程中被证明是稳定的，平均生长速率约为每天0.31个细胞分裂，这一值与现代海洋S.marinoi菌株的生长速率相似

光合性能的测量还表明，即使是最古老的藻类分离物仍然可以积极产生氧气，平均值为每毫克叶绿素每小时184微摩尔氧气。博利斯说：“这些值也与该物种目前的代表值相当。”

研究人员还使用微卫星分析法分析了复活藻类的遗传特征，这种方法比较了某些短DNA片段。结果：不同年龄沉积层的样品形成了不同的遗传群体

首先，这排除了不同年龄沉积物层菌株培养过程中可能发生交叉污染的可能性。其次，这证明波罗的海连续的S.marinoi种群在数千年的时间里发生了基因变化

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休眠作为一种生存策略，也是一种令人兴奋的研究工具的基础

其他研究也表明，生物体在休眠状态下存活很长时间，因此可以在适当的条件下重新定居栖息地，例如植物种子或小型甲壳类动物，其中一些可以存活几个世纪，甚至几千年

然而，在如此长的时间后，休眠阶段的成功复活，如S.marinoi的情况，很少有记录。这种硅藻的微小细胞大约有7000年的历史，是从完整的休眠阶段成功复活的最古老的生物之一。从水生沉积物中，迄今为止还没有发现更古老的此类病例

Bolius说：“我们实际上能够成功地将这种古老的藻类从休眠状态中重新激活，这是波罗的海‘复活生态学’工具进一步发展的重要第一步。这意味着现在可以在实验室中对波罗的海发展的各个阶段进行‘时间跳跃实验’。”

因此，未来将在不同条件下对复活的藻类菌株进行进一步测试

Bolius总结道：“我们的研究还表明，我们可以通过分析活细胞而不仅仅是化石或DNA痕迹，直接追踪数千年来的遗传变化。”

对重新激活的藻类菌株进行进一步的遗传分析有望有助于更好地了解这些遗传变化的原因