Ljudi često potcenjuju mala bića. Ali mikroskopske ćelije algi ne samo da su evoluirale da bi napredovale u jednom od najekstremnijih staništa na Zemlji — glečerima — već ih i oblikuju.
Sa timom naučnika iz Velike Britanije i Kanade, pratili smo evoluciju ljubičastih algi unazad stotinama miliona godina i naši nalazi dovode u pitanje ključnu ideju o tome kako evolucija funkcioniše. Iako male, ove alge imaju dramatičan uticaj na glečere na kojima žive.
Glečeri su među ekosistemima planete koji se najbrže menjaju. Tokom letnje sezone topljenja, dok se tečna voda formira na glečerima, cvetovi ljubičastih algi zatamnjuju površinu leda, ubrzavajući stopu topljenja. Ova fascinantna adaptacija na glečere zahteva mikroskopske alge da kontrolišu njihov rast i fotosintezu. Ovo mora biti uravnoteženo sa tolerancijom na ekstremno topljenje leda, temperaturu i izlaganje svetlosti.
Naša studija, objavljena u časopisu Novi fitolog, otkriva kako i kada su se njihove adaptacije na život u ovim ekstremnim okruženjima prvi put razvile. Sekvencirali smo i analizirali podatke o genomu glečerskih algi Ancilonema nordenskioldii. Naši rezultati pokazuju da su ljubičastu boju glečerskih algi, koja deluje kao krema za sunčanje, generisali novi geni uključeni u proizvodnju pigmenta.
Ovaj pigment, purpurogalin, štiti ćelije algi od oštećenja ultraljubičastog (UV) i vidljivog svetla. Takođe se povezuje sa tolerancijom niskih temperatura i isušivanja, karakterističnim karakteristikama glacijalnih sredina. Naša genetska analiza sugeriše da je evolucija ovog ljubičastog pigmenta verovatno bila vitalna za nekoliko adaptacija u glečerskim algama.
Takođe smo identifikovali nove gene koji su pomogli da se poveća tolerancija algi na UV i vidljivu svetlost, važne adaptacije za život u svetlom, izloženom okruženju. Zanimljivo je da su oni bili povezani sa povećanom percepcijom svetlosti, kao i poboljšanim mehanizmima popravljanja oštećenja od sunca. Ovaj rad otkriva kako su alge prilagođene da žive na glečerima u današnje vreme.
Zatim smo želeli da razumemo kada je ova adaptacija evoluirala u dubokoj istoriji Zemlje.
Zemlja je iskusila mnoge fluktuacije hladnije i toplije klime. Tokom hiljada, a ponekad i miliona godina, globalna klima se polako menjala između glacijalnih (hladnih) do međuglacijalnih (toplih) perioda.
Jedan od najdramatičnijih hladnih perioda bio je kriogenski period, koji datira od pre 720-635 miliona godina, kada je Zemlja bila skoro u potpunosti prekrivena snegom i ledom. Ove glacijacije su bile toliko rasprostranjene da ih naučnici ponekad nazivaju „Zemlja snežne grudve“.
Naučnici smatraju da bi ovi uslovi bili slični glečerima i ledenim pokrivačima koje danas vidimo na Zemlji. Pa smo se zapitali: da li bi ovaj period mogao biti sila koja pokreće evoluciju glečerskih algi?
Nakon analize genetskih podataka i fosilizovanih algi, procenili smo da su glečerske alge evoluirale pre oko 520-455 miliona godina. Ovo sugeriše da evolucija glečerskih algi nije bila povezana sa okruženjem Zemlje Snovball u kriogeniju.
Pošto je poreklo glečerskih algi kasnije od kriogenije, noviji glacijalni period je morao biti pokretač glacijalnih adaptacija u algama. Naučnici smatraju da je na Zemlji postojalo glacijalno okruženje pre 60 miliona godina.
Međutim, identifikovali smo da je zajednički predak glečerskih algi i kopnenih biljaka evoluirao oko kriogenije.
U februaru 2024. naša analiza je pokazala da su ove drevne alge bile višećelijske. Grupa koja sadrži glečerske alge izgubila je sposobnost stvaranja složenih višećelijskih oblika, verovatno kao odgovor na ekstremne pritiske životne sredine kriogenije.
Umesto da postanu složenije, pokazali smo da su ove alge postale jednostavne i opstale do današnjih dana. Ovo je primer evolucije smanjenjem složenosti. Takođe je u suprotnosti sa dobro utvrđenom hipotezom „marša napretka“, idejom da organizmi evoluiraju u sve složenije verzije svojih predaka.
Naš rad je pokazao da je ovaj gubitak multicelularnosti bio praćen ogromnim gubitkom genetske raznolikosti. Ovi izgubljeni geni su uglavnom bili povezani sa višećelijskim razvojem. Ovo je potpis evolucije njihove jednostavne morfologije od složenijeg pretka.
Tokom poslednjih 700 miliona godina, ove alge su preživele tako što su bile male, izolovane od hladnoće i zaštićene od sunca. Ove adaptacije su ih pripremile za život na glečerima u današnje vreme.
Ova adaptacija je toliko specijalizovana da je samo nekoliko algi evoluiralo da žive na glečerima. Ovo je u suprotnosti sa stotinama vrsta algi koje žive na snegu. Uprkos tome, glečerske alge imaju dramatične efekte na ogromna ledena polja kada se tečna voda formira na površini glečera. Godine 2016, na ledenom pokrivaču Grenlanda, rast algi je doveo do dodatnih 4.400–6.000 miliona tona oticanja.
Razumevanje ovih algi pomaže nam da cenimo njihovu ulogu u oblikovanju krhkih ekosistema.
Naša studija daje uvid u evoluciono putovanje glečerskih algi od duboke prošlosti do sadašnjosti. Dok se suočavamo sa promenljivom klimom, razumevanje ovih mikroskopskih organizama je ključno za predviđanje budućnosti ledenog okruženja Zemlje.
