Jää- ja lumilevät: polaaristen jäätiköiden levät ja niiden merkitys

Jää- ja lumilevät polaarisilla jäätiköillä — värimuutokset, ekologinen rooli krillin ravintona ja vaikutukset jäätikköekosysteemeihin sekä ilmastoon.

Jäälevät ja lumilevät ovat leviä ja syanobakteereja, jotka kasvavat pitkäkestoisilla lumi- ja jääkentillä, kuten jäätiköillä. Ne esiintyvät erityisesti siellä, missä lumen ja jääkiteiden välissä on sulamisvettä tai suolapitoisia kanavia: silloin leväyhteisöt voivat muodostaa näkyviä laikkuja ja raidostoja. Kesäkuukausina nämä laikku- ja peiterekeskittymät voivat värjätä pinnan vihreäksi, keltaiseksi tai punaiseksi; tunnetuimpana ilmiönä on niin kutsuttu "vesimelonilumi" eli punertava lumi. Joidenkin lajien punainen tai oranssi pigmentti (usein karotenoideja, kuten astaksantiinia) toimii solunsisäisenä suojana voimakkaalta näkyvältä valolta ja auringon ultraviolettisäteilyltä. Ilman tätä suojaa pinnalla olevat levät ja syanobakteerit kärsisivät fotosynteesin vaurioitumisesta, lisääntyneistä DNA-vaurioista ja jopa kromosomikatkoksista ja mutaatioriskin kasvusta; pigmentit sekä reparointimekanismit auttavat välttämään näitä vaurioita.

Elinympäristöt ja levinneisyys

Myös merijäällä on jääleväyhteisöjä. Nämä levät (pääasiassa diatoms) ovat tärkeitä polaarisissa ekosysteemeissä (erityisesti Etelämantereella), koska ne tarjoavat ravintoa krilleille. Merijään alapuoliset diatomit voivat värjätä jään reunakerroksia ruskeaksi tai kellertäväksi, ja krillit raapivat näitä ravintopeitteitä jään pinnalta tai sen alapuolisista pintakerroksista. Levät voivat elää jääkiteiden välissä, kiinnittyneinä niiden pinnalle, vedessä tai jääkiteiden välissä olevissa suolavesikanavissa, ja ne muodostavat usein monilajisia yhteisöjä yhdessä bakteerien, arkeojen ja pieneliöiden kanssa.

Toiminta, sopeutuminen ja vaikutus jäähän

Jää- ja lumilevät sopeutuvat kylmiin olosuhteisiin monin tavoin: ne tuottavat pakkaselta suojaavia yhdisteitä, säätävät solujen sisältöä estääkseen jäätymistä ja tuottavat pigmenttejä, jotka vaimentavat haitallista säteilyä. Lisäksi monet lajit kykenevät siirtymään lepotilaan kuiva- ja talvikausiksi, jolloin niiden aineenvaihdunta hidastuu. Levämassojen väri muuttaa lumen tai jään albedoa eli takaisinheijastavuutta: tummemmat alueet sitovat enemmän lämpöä ja sulavat herkemmin, mikä voi lisätä sulamisvesien määrää ja nopeuttaa paikallista sulamista. Tämä on esimerkki positiivisesta palautteesta ilmaston ja jäätiköiden pinnan prosessien välillä.

Ekologinen merkitys

Jää- ja lumilevät toimivat paikallisina primaarituottajina, eli ne tuottavat orgaanista ainesta fotosynteesin avulla ja tukevat mikrobi- ja eläinravintoverkkoja. Polaarisilla alueilla merijään leväyhteisöt ovat erityisen tärkeitä koko vesiekosysteemille, koska ne ovat monien pieneläinten, kuten krillin, keskeinen ravinnonlähde. Maanpeitteiset lumialueiden levät vaikuttavat myös hiilen ja ravinteiden kiertoon sekä tarjoavat tutkimuskohteen mikrobiekologialle ja sopeutumisbiologialle.

Tutkimus, seuranta ja ilmastonmuutoksen vaikutukset

Jää- ja lumileväyhteisöjä tutkitaan kenttänäytteillä, laboratoriokulttuureilla, molekyylimenetelmillä ja kaukokartoituksella. Satelliittikuvat ja ilmakuvat auttavat havaitsemaan laajoja värimuutoksia lumen pinnalla, ja genetiikka antaa tietoa laji- ja yhteisörakenteesta. Ilmastonmuutos voi muuttaa näiden yhteisöjen esiintymistä ja runsaussuhteita: pidemmät sulamiskaudet ja lisääntynyt sulamisveden määrä voivat edistää leväbloomeja ja siten vahvistaa albedon vähenemistä ja sulamisen kiihtymistä. Toisaalta lajistokoostumus voi muuttua, ja uudet lajit tai mikrobit voivat levitä nopeasti muuttuville pinnoille.

Yhteenvetona jää- ja lumilevät ovat pieniä mutta ekologisesti merkittäviä toimijoita polaarisissa ja vuoristoympäristöissä. Ne vaikuttavat paikalliseen ravintoketjuun, kiertoon ja jäätiköiden pinnan fysikaalisiin ominaisuuksiin, ja niiden tutkimus tarjoaa tärkeää tietoa ilmastonmuutoksen vaikutuksista arktisiin ja antarktisiin alueisiin.

Chlamydomonas nivalis

Chlamydomonas nivalis on vihreä mikrolevä, joka aiheuttaa muiden lähisukulaislajien ohella vesimelonilunta.

Vesimelonilumi on lunta, joka on väriltään punertavaa tai vaaleanpunaista ja jonka tuoksu voi muistuttaa tuoretta vesimelonia. Tämäntyyppinen lumi on yleistä kesäisin alppi- ja rannikkopuolisilla napa-alueilla, kuten Kalifornian Sierra Nevadassa. Täällä, 10 000-12 000 jalan (3 000-3 600 m) korkeudessa, lämpötila on kylmä läpi vuoden, joten lumi jää talvimyrskyjen jäljiltä. Kun joku astuu lumelle, jossa on levää, jalanjäljet näyttävät punaisilta.

Chlamydomonas nivalis on viherlevä, jonka punainen väri johtuu kirkkaanpunaisesta karotenoidipigmentistä (astaksantiini). Tämä suojaa kloroplastia ja solun ydintä voimakkaalta näkyvältä ja ultraviolettisäteilyltä. Vihreät ja punaiset pigmentit imevät valoa ja lämpöä, mikä antaa levälle nestemäistä vettä, kun lumi sulaa sen ympärillä. Leväkukinnot voivat ulottua 25 cm:n (10 tuuman) syvyyteen. Koska jokaisen solun halkaisija on 20-30 mikrometriä, teelusikallinen sulanutta lunta sisältää miljoona tai enemmän soluja. Levät kerääntyvät "aurinkokuppeihin", jotka ovat lumen matalia painaumia. Karotenoidipigmentti imee lämpöä, mikä syventää aurinkokupit ja saa jäätiköt ja lumipenkat sulamaan nopeammin.

Talvikuukausina, kun valkoinen lumi peittää ne, levät lepäävät. Keväällä ravinteet, lisääntynyt valo ja sulamisvesi stimuloivat itämistä. Kun levät ovat itäneet, lepotilassa olevat solut vapauttavat pienempiä vihreitä lippulehtisoluja, jotka liikkuvat kohti lumen pintaa. Kun lippulevät ovat päässeet lähelle pintaa, ne voivat menettää lippulankansa ja muodostaa paksuseinäisiä leposoluja, tai ne voivat toimia sukusoluina, jotka sulautuvat pareittain zygootiksi.

Jotkin erikoistuneet lajit, kuten alkueläimet, kuten sädesienet, sieniliskot, sukkulamatot, jäämatot ja kevätmatot, syövät C. nivalista.

Historia

Ensimmäiset kertomukset vesimelonin lumesta ovat Aristoteleen kirjoituksissa. Vesimelonilumi on askarruttanut vuorikiipeilijöitä, tutkimusmatkailijoita ja luonnontieteilijöitä tuhansien vuosien ajan.

Toukokuussa 1818 neljä alusta lähti Englannista etsimään Luoteisväylää ja kartoittamaan Pohjois-Amerikan arktista rannikkoa. Huono sää sai heidät lopulta kääntämään laivat takaisin, mutta retkikunta antoi merkittävän panoksen tieteelle. Kapteeni John Ross huomasi purppuranpunaista lunta, joka raidoitti valkoisia kallioita kuin veripurot, kun he olivat kiertämässä Cape Yorkia Grönlannin luoteisrannikolla. Laskeutumisryhmä pysähtyi ja toi näytteitä Englantiin. The Times kirjoitti tästä löydöstä 4. joulukuuta 1818:

“

Kapteeni Sir John Ross on tuonut Baffininlahdelta määrän punaista lunta tai pikemminkin lumivettä, joka on analysoitu kymologisesti tässä maassa sen väriaineen luonteen selvittämiseksi. Uskottavuutemme joutuu tässä yhteydessä äärimmäiselle koetukselle, mutta emme voi todeta, että olisi mitään syytä epäillä väitettyä tosiasiaa. Sir John Ross ei nähnyt punaisen lumen putoavan, mutta hän näki suuria alueita, jotka olivat sen peitossa. Lumipeltojen väri ei ollut yhtenäinen, vaan niissä oli päinvastoin enemmän tai vähemmän punaisia ja erisävyisiä laikkuja tai raitoja. Liuos tai liuennut lumi on niin tummanpunaista, että se muistuttaa punaista portviiniä. On todettu, että nesteessä on sedimenttiä, eikä ole vastattu kysymykseen, onko tämä sedimentti eläin- vai kasviperäistä. Väitetään, että väri on peräisin maaperästä, jolle lumi putoaa: tässä tapauksessa jäällä ei ole voitu nähdä punaista lunta.

”

Kun Ross julkaisi matkakertomuksensa vuonna 1818, tarinassa oli Robert Brownin laatima kasviliite. Siinä Brown vertasi punaista lunta levään.

Vesimelonin lumiraidat.


Epätavallisia vesimelonin lumikuoppia, joiden päälle on asetettu oranssin värinen kengänjälki.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä ovat jäälevät ja lumilevät?

K: Mikä aiheuttaa jään ja lumen värjäytymisen kesäkuukausina?

K: Mikä on joidenkin jää- ja lumilevien punaisen väriaineen tarkoitus?

K: Missä muualla kuin jäätiköillä esiintyy myös jääleväyhteisöjä?

K: Miksi jääleväyhteisöt ovat tärkeitä polaarisissa ekosysteemeissä?

K: Miten krillit saavat ravintoa merijään jääleväyhteisöistä?

K: Missä jääleviä esiintyy suhteessa jääkiteisiin?

Hae kirjaimella