南極の雪が突然赤くなり、奇妙な「血の雪」が出現した。どうしたの？

探偵小説には、古典的な「吹雪の館」モデルがあります。それは、一群の人々が孤立した環境に閉じ込められ、彼らの間で奇妙なことが起こるというものです。これはミステリー小説で使われる手法に過ぎないが、南極のヴァナツキー基地に駐在する科学者たちは、このような奇妙な「吹雪山事件」を実際に経験したことがある。

2020年2月6日、科学者たちが目を覚ますと、窓の外に何かが違っていることに気づきました。科学研究ステーションからそう遠くないところで、もともと明るい雪が血のような赤に染まり、まるで彼らが眠りについた後にここで「虐殺」が起こったかのように、地面全体に血が流れていた。

ヴォナルツキー駅に突然赤い雪が降る｜yourweather

南極にあるこの孤島には部外者が立ち入ることはできない。科学者たちは、ここでアザラシがペンギンを殺したのではないかと考え始めたが、すぐにこの可能性を否定した。大きな音は聞こえなかったし、極地の昼間にペンギンやアザラシの存在を無視することは不可能だったからだ。不注意なチームメンバーがラズベリージャムを外にこぼしたのではないかと疑ったが、全員がそんなことはしたことがないと言った。

好奇心旺盛な科学者たちは「血」のサンプルを採取し、赤い雪が「スイカのような匂いがする」ことを発見した。顕微鏡で観察すると、真実が明らかになりました。赤い色は、耐寒性生物である極地雪藻（クラミドモナス・ニバリス）から来ているのです。

顕微鏡で見る極地の雪藻 |ウィキ

紀元前3世紀には、アリストテレスが赤い雪の現象を記録しており、それ以来、同様の現象が世界中の多くの寒冷地域で発生しています。しかし長い間、人々は雪の中に突然赤が現れるのを鉱物の堆積物か花粉によるものとみなしてきました。 1819 年にイギリスの極地探検隊が北極から戻り、赤い雪のサンプルを持ち帰って初めて、人々は赤い雪が実は生物であることに気づきました。これが藻類の胞子であることに科学者が気づいたのは、20 世紀初頭になってからでした。

極地雪藻は世界中の雪原や山頂に生息します。ほとんどの場合、一年中氷と雪の中で冬眠します。暖かい季節にのみ、氷と雪が溶け、極地の雪藻が活発になり始め、低温の水域で急速に成長し、白いパレットから絞り出された赤い顔料のように赤い胞子を生成します。

極地の雪氷藻は雪だけでなく氷河にも出現｜天気

同じことがヴァナツキー駅でも起こりました。南極の夏であり、基地では史上最高気温18.3℃が記録された。どれくらいの期間休眠していたかわからない極地の雪藻が暖かさによって目覚め、珍しい「スイカの雪」現象を形成します。

環境と気候を研究する科学者たちは、極地の雪藻の存在を非常に懸念している。なぜなら、それはまさに「ドミノ効果」のようなものだからである。つまり、藻が現れ始めると、その赤い色のために雪の中の熱をさらに吸収し、周囲の雪がさらに速く溶け、それによって周囲の藻の繁殖がさらに加速されるのである。

南極では赤い雪だけでなく緑の雪も出現｜aeif.asia

しかし、生物学者にとって、極地の雪藻の独特の耐寒性の方がより関心事である。極地の雪藻は凍って死ぬことはほとんどなく、気温が 5°C 以上であれば正常に繁殖することができます。環境が凍り始めると冬眠状態になり、外部の寒さの影響はほとんど受けなくなります。これが北極と南極に現れる理由です。

科学者たちは、極地の雪藻の遺伝子配列を解析することで、それが別の緑藻であるクラミドモナス・ラインハルティと非常に近縁であり、両者には多くの類似点があることを発見した。しかし、両者の最大の違いは、クラミドモナス・ラインハルティはほとんどの藻類と同様に暖かい環境を好むのに対し、極地雪藻は低温のみを好むという点です。最終的に両者の違いにつながるのは、まさに環境の選択の違いです。では、なぜ極地の雪藻は寒さを恐れないのでしょうか?

アルプスの赤い雪 |ミクロバルピナ

極地の雪藻が「蔓延」している南極では、原因は単に気温の低さだけではないことを知っておく必要があります。氷と雪の世界ですが、年間降水量は30～50mmと少なく、空気はサハラ砂漠のように乾燥しています。

それだけでなく、極夜には、ここは半年間近く太陽光が当たらないだけでなく、極昼間は南極上空のオゾン層が非常に薄いため、ここの太陽放射の強度が非常に高く、強い紫外線が生物の細胞にダメージを与える可能性があります。しかし、極地の雪藻は南極大陸の生活に完全に適応しており、南極大陸の多くの地域に広く分布しています。

極地の生活に適応するために、極地の雪藻は他の藻類に比べて多くの変化を遂げてきました。細胞壁は厚くなり、突起が増えて表面積が増え、細胞内の液胞を干ばつや放射線から守ることができるようになりました。しかし、最も重要な変化は、極地の雪藻がカロチンとアスタキサンチンを分泌できるようになったことです。これが、極地の雪藻が寒さに強いことの鍵であり、赤い雪現象の起源です。

極地の雪藻の胞子は、暗くて寒い場所では長期間休眠状態を保つことができますが、水に再浮遊するとすぐに復活します。 |ミクロバルピナ

これらのカロテノイドは、極地の雪藻が光合成に使用するエネルギーを伝達し、余分なフリーラジカルを吸収することができるため、光合成の効率が向上するだけでなく、保護的な役割も果たします。これらの暗い色素は、雪藻類の細胞を取り囲む氷や雪の結晶を溶かし、そうでなければ入手できない限られた栄養素や水にアクセスすることを可能にします。バイオポリマー（ガレルテン）、不凍糖タンパク質（AFGP）、ストレス調節因子、浸透圧アミノ酸や糖など、雪藻が合成するその他の二次代謝産物も、雪藻が低温環境に適応するのに役立ちます。

極地の雪藻類に関する徹底的な研究により、生物が低環境下でどのように生き残るかが明らかになります。また、将来的には月や火星基地に送られる最初の生物群になる可能性も非常に高い。適応力の高い植物であるため、恒星間移民に必要な酸素を継続的に生成することができます。しかし今日では、スキンケアと健康という別の分野で注目されている研究テーマとなっています。

極雪藻エキスから作られた化粧品｜мыло-опт

現在、多くの化粧品メーカーが極地雪藻、特にその抗酸化作用と抗老化作用についてより徹底した研究を行っています。極地の雪藻は細胞レベルでカロリー制限機構を作り出し、エネルギー変換を制御します。カロリー制限は、個人の寿命を延ばし、老化に伴う病気の発生を遅らせることができる方法であることも証明されています。

今回の試験では、極地雪藻抽出物がカロリー制限を模倣し、皮膚代謝を最適化し、皮膚細胞の寿命を延ばす効果をもたらしました。皮膚細胞の防御力を強化し、酸化ストレスに抵抗する能力を向上させ、コラーゲンの生成を促進します。

実際、現在では多くのフェイシャルマスクやエッセンシャルオイルに北極雪藻エキスが原料として使用されています。これは、「赤い雪の謎」を解明する過程にある科学者にとって、予想外の驚きと言えるでしょう。

参考文献

[1] 流星。 「血の雪が南極の島を襲う」 https://www.yourweather.co.uk/news/science/blood-snow-invades-an-antarctic-island-world-weather-news-global-latest-science-environment-antarctica.html

[2] ゴートンHL、フォーゲルマンTC。紫外線と雪藻類 Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille。光化学光生物。 2003年6月;77(6):608-15.土井: 10.1562/0031-8655(2003)077<0608:uratsa>2.0.co;2. PMID: 12870846。

[3] Cvetkovska, M.、Hüner, NPA & Smith, DR Chilling out: the evolution and variety of psychrophilic algae with a focus on Chlamydomonadales.ポーラーバイオル40、1169–1184（2017）。 https://doi.org/10.1007/s00300-016-2045-4

[4] 中国飛愛雑志2023年6月20日;26(6):473–478. [中国語論文] doi: 10.3779/j.issn.1009-3419.2023.101.19

企画・制作

出典: Bring Science Home (ID: steamforkids)

著者: 川辺のカジモド

編集者：王夢如

校正：徐来林