即使在波罗的海沉积物中没有光和氧气的情况下，硅藻Skeletonema marinoi在大约7000年后再次完全活跃。信用:S. Bolius, IOW

由莱布尼茨波罗的海研究所领导的一个研究小组能够复活大约7000年前沉入波罗的海海底的休眠藻类。尽管在没有光线和氧气的情况下，沉积物中的硅藻已经静止了数千年，但这些被调查的硅藻物种重新获得了完全的生存能力。

这项研究发表在《ISME日报》上，是合作研究项目PHYTOARK的一部分，该项目旨在通过对波罗的海过去的古生态调查，更好地了解波罗的海的未来。

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

它们切换到代谢活动减少的状态，并通常形成具有强健保护结构和内部储存能量储备的特殊休眠期。这也适用于浮游植物，这是生活在水中进行光合作用的微小植物。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下来。

“这样的存款就像一个时代文物密藏容器包含了关于过去的生态系统和居住的生物群落、它们的种群发展和基因变化的有价值的信息。

IOW浮游植物专家是这项研究的第一作者，在这项研究中，对波罗的海的沉积物芯进行了分析，专门研究过去存活的浮游植物休眠细胞。

“这种方法有一个相当不寻常的名字叫‘复活生态学’:由于波罗的海沉积物的明显分层，可以明确划分为波罗的海历史特定时期的休眠阶段将在有利的条件下复活，然后对它们进行遗传和生理表征，并与当今的浮游植物种群进行比较，”博利乌斯继续说道。

通过分析其他沉积物成分，即所谓的替代物，也有可能得出关于过去盐度、氧气和温度状况的结论。

“通过结合所有这些信息，我们旨在更好地理解波罗的海浮游植物如何以及为什么在基因和功能上适应环境变化，”研究人员解释说。

由Bolius领导的团队，包括IOW专家以及来自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进行的一次探险中，检查了从东哥特兰深水区240米水深采集的沉积物芯。

在良好的营养和光照条件下，9个沉积物样品中的活藻可以从休眠中被唤醒，并分离出单个菌株。样本取自不同的沉积层，代表了大约7000年的时间跨度，也就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。这在波罗的海很常见，通常发生在春季开花期。这一物种最古老的活细胞样本可追溯到6871140年前。

“值得注意的是，复活的藻类不仅“勉强”存活下来，而且显然没有失去任何“适应性”，即它们的生物表现能力。它们像它们的现代后代一样生长、分裂和进行光合作用。

博利乌斯说，这甚至适用于大约7000年历史的沉积层的细胞，这些细胞在培养过程中被证明是稳定的，平均生长率约为每天0.31个细胞分裂——这个值与现代海洋链球菌菌株的生长率相似。

对光合性能的测量还表明，即使是最古老的藻类分离物也可以活跃地产生氧气——平均每小时每毫克叶绿素产生184微摩尔氧气。“这些也是可与这一物种目前的代表相比的价值，”博利乌斯Bolius说。

研究人员还利用微卫星分析分析了复活的藻类的遗传特征，这是一种比较某些短DNA片段的方法。结果是:来自不同年代沉积层的样本形成了独特的基因群。

首先，这排除了在培养来自不同年龄沉积层的菌株时可能发生交叉污染的可能性。第二，这证明了波罗的海海洋链球菌S. marinoi的连续种群在数千年间发生了基因变化。

其他研究也发现，生物在休眠状态下存活很长时间，因此有可能在合适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，很少被记录。大约7000岁时，这种硅藻的微小细胞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早的此类案例。

“事实上，我们能够成功地从休眠中重新激活这些古老的藻类，这是在波罗的海进一步开发‘复活生态学’工具的重要的第一步。“这意味着现在可以在实验室里对波罗的海发展的不同阶段进行‘时间跳跃实验’”，博利乌斯说。

因此，未来将在不同的条件下进一步测试复活的藻类菌株。

“我们的研究还表明，我们可以直接追踪数千年来的基因变化——通过分析活细胞，而不仅仅是化石或DNA痕迹，”博利乌斯总结道。

对重新激活的藻类菌株的进一步遗传分析有望有助于更好地理解这些原因基因变化.