Ekstremofile szykują się do mrozów – jak z nadejściem pierwszych przymrozków mikroglony zmieniają swoją fizjologię

Wrzesień to miesiąc drastycznych kontrastów. Choć popołudnia bywają jeszcze ciepłe, noce i poranki przynoszą pierwsze odczuwalne przygruntowe przymrozki. Kiedy większość roślin uprawnych powoli zwalnia swój metabolizm i kończy wegetację, na powierzchni gleby rusza pełną parą fascynujący proces. Mikroglony glebowe nie mogą po prostu “uciec” przed zbliżającą się jesienią. Zamiast tego z wyprzedzeniem drastycznie zmieniają swoją fizjologię.

Jak te jednokomórkowe organizmy już we wrześniu przygotowują się na zamarzającą w glebie wodę, która dla większości komórek oznacza pewną śmierć?

Gdy woda w komórce zamarza, ostre kryształy lodu rozrywają jej struktury niczym mikroskopijne noże. Aby temu zapobiec, już przy pierwszych spadkach temperatur mikroglony produkują i gromadzą specyficzne cukry, polialkohole i białka zapobiegające zamarzaniu. Działają one dosłownie jak naturalny płyn do chłodnic – drastycznie obniżają punkt zamarzania płynu wewnątrzkomórkowego.

W niskich temperaturach tłuszcze mają tendencję do twardnienia. Aby błona komórkowa mikroglonu nie stała się sztywna i krucha z nadejściem mrozów, organizm ten “przeprogramowuje” swoją biochemię, zwiększając udział nienasyconych kwasów tłuszczowych. Dzięki tej chemicznej sztuczce błony komórkowe pozostaną elastyczne i w pełni funkcjonalne nawet podczas późniejszych siarczystych mrozów.

W odpowiedzi na jesienny stres termiczny mikroglony zaczynają wydzielać grubsze warstwy lepkich substancji śluzowych (egzopolisacharydów). Ta otoczka działa jak mikroskopijny śpiwór, buforując wahania temperatur pomiędzy ciepłym dniem a chłodną nocą i chroniąc komórkę przed wyschnięciem.

Naukowcy z Instytutu Agrofizyki PAN badają mechanizmy adaptacyjne mikroorganizmów do ekstremalnych warunków środowiskowych. Zrozumienie, w jaki sposób ten niewidzialny “zielony dywan” z tak dużym wyprzedzeniem reaguje na jesienne ochłodzenie, pozwala nam lepiej chronić bioróżnorodność gleby. To dzięki tym organizmom i ich zdolności do przetrwania zimy, nasza gleba wiosną znacznie szybciej zregeneruje swoją strukturę.

Projekt realizowany w ramach Programu Fundusze Europejskie dla Polski Wschodniej 2021–2027
Wartość projektu: 2 791 092.36 PLN
Wkład z Funduszy Europejskich: 2 270 428.50 PLN
#FunduszeUE #FunduszeEuropejskie

Materiały dodatkowe
[1] Morgan-Kiss, Rachael M., et al. “Adaptation and acclimation of photosynthetic microorganisms to permanently cold environments.” Microbiology and molecular biology reviews 70.1 (2006): 222-252. https://lnkd.in/dA5-ZWKV
[2] Elster, Josef, and Erica E. Benson. “Life in the polar terrestrial environment with a focus on algae and cyanobacteria.” Life in the frozen state. CRC Press, 2004. 137-176. https://lnkd.in/dpttB_RR

Obraz: https://lnkd.in/dXUJMMxH