Ледените и снежните водорасли са водорасли и цианобактерии, които растат върху дълготрайни снежни и ледени полета като ледниците. Когато между кристалите на снега и леда има течна вода, през летните месеци те могат да оцветят повърхността в зелено, жълто или червено. Червеният пигмент на някои видове е вътреклетъчна защита срещу прекомерната видима светлина и ултравиолетовата радиация на слънцето, които в противен случай могат да причинят фотоинхибиране на фотосинтезата или мутации. Без него водораслите на повърхността биха претърпели хромозомни разкъсвания и мутации на ДНК.

Биология и местообитания

Снежните и ледени микроводорасли включват различни групи: микроскопични зелени водорасли (напр. родове, близки до Chlamydomonas), разнообразни диатомеи), както и цианобактерии. Те колонизират повърхностния сняг, подповърхностни слоеве и граници лед–вода, включително каналите със солена вода в морския лед. В зависимост от средата могат да живеят свободно между ледените кристали, прикрепени към тях или в микроканалите (brine channels), където солеността и температурата позволяват наличието на течна вода.

Пигменти и адаптации

Основните фотосинтетични пигменти са хлорофили и различни каротеноиди. Често срещан защитен пигмент при червените и розовите форми е астаксантин, мощен каротеноид, който защитава клетките от интензивна светлина и УВ-радиация, като поглъща и разсейва излишната енергия и действа като антиоксидант. Други каротеноиди и ксантофили (напр. бета-каротин) също допринасят за цветовете. Цианобактериите могат да притежават фицианобилини и други фикови пигменти (фикоеритрин, фикоцианин), които им дават жълто-кафяви нюанси.

Адаптациите включват способност да преживяват в условия на ниски температури и силни светлинни стресове, механизми за възстановяване на ДНК, синтез на защитни вътрешноклетъчни вещества (сахариди, екзополимери) и смяна на физиологичното състояние (спорови или покойни форми), които им позволяват да устоят на периоди с отрицателни температури и силно изпарение.

Роля в полярните екосистеми

Върху морския лед също има съобщества от ледени водорасли. Тези водорасли (главно диатомеи) са важни за полярните екосистеми (особено за Антарктида), тъй като осигуряват храна за крила. Крилът остъргва водораслите от долната страна на леда, която е оцветена в кафяво от водораслите. Водораслите могат да се намират между ледените кристали или прикрепени към тях, във водата или в каналите със солена вода между ледените кристали.

По-широко, снежните и ледени микроводорасли са първични производители в тези екосистеми, стартират хранителни вериги и подпомагат микробните консорциуми в кредитирането на органични вещества и поддържането на биоразнообразието. Те участват в циклирането на въглерода и хранителните елементи и могат да формират локални „блумове“, които влияят на достъпността на храната за по-големи организми (зоопланктон, мекотели, риби).

Ефекти върху албедото и топене на ледниковете

Пигментираните алги потъмняват повърхността на снега и леда, което намалява отражателната способност (албедото) и увеличава абсорбцията на слънчевата енергия. Това може да ускори локалното топене на сняг и лед и да създаде обратна връзка, която допринася за по-нататъшно разширяване на микроводораслените популации. Този процес е особено важен при анализи на ледниково стопяване и промени в масата на ледниците.

Методи за изследване

  • Микроскопия и морфологична таксономия за идентификация на видове.
  • Химичен анализ и HPLC за определяне на състава на пигментите (хлорофили, каротеноиди, астаксантин и др.).
  • Молекулярни методи (DNA/RNA секвениране) за оценки на биоразнообразието и функционалния потенциал на общностите.
  • Отдалечено наблюдение (спътникови изображения) за картографиране на „цветни“ снегове и оценка на разпространението им и ефектите върху албедото.

Заплахи и бъдещи промени

Климатичните промени променят сезонните модели на топене и наличието на течна вода, което може да промени разпространението и интензитета на снежните и ледени водорасли. Разширяващо се и по-интензивно топене може да увеличи биомасата на някои видове, но също така да доведе до загуба на специализирани местообитания. Промени в типовете общности могат да имат последици за хранителните вериги и за динамиката на ледниковото топене.

Значение за науката и практиката

Проучването на тези организми помага да се разберат процесите на фотозащита, метаболни адаптации към стрес и влиянието на микроводораслите върху глобалните и локалните климaтични процеси. Информацията е важна за моделиране на бъдещото поведение на ледниците, за управление на полярните екосистеми и за оценка на възможните екосистемни услуги или рискове, свързани с промяната на биологичното покритие на снега и леда.