Leben bei minus 15 Grad entdeckt: Arktische Algen trotzen der Kälte – und stellen neuen Bewegungsrekord auf

Es sieht unscheinbar aus: Wer am Rand der arktischen Polkappe einen Bohrkern zieht, stößt häufig auf dünne braune Linien. Doch was wie Staub oder feiner Schmutz wirkt, sind winzige Lebewesen – Kieselalgen, sogenannte Diatomeen, deren Zellwände aus Glas bestehen. Lange galt, dass sie dort wie eingefroren im Winterschlaf verharren. Die jüngste Forschung kann diese Annahme jedoch nun spektakulär widerlegen.

Ein Team der Stanford University konnte erstmals zeigen, dass die Algen im arktischen Eis nicht nur überleben, sondern selbst bei Temperaturen von –15 Grad Celsius aktiv umhergleiten. Damit wurde der kälteste jemals gemessene Bewegungsrekord für komplexe Zellen aufgestellt – der Fund könnte die Sicht auf das arktische Ökosystem grundlegend verändern.

Bewegung im Eis – statt Starre

„Das ist keine Kryobiologie wie aus einem Science-Fiction-Film der 1980er-Jahre“, sagt Manu Prakash, Bioingenieur an der Stanford School of Engineering und Seniorautor der Studie. „Die Diatomeen sind so aktiv, wie man es sich nur vorstellen kann – bis hinunter zu –15 Grad Celsius. Das ist unglaublich überraschend.“

Für die Messungen nutzte das Team ein eigens entwickeltes Subzero-Mikroskop. Damit konnten die Forschenden auch unter extremen Bedingungen beobachten, wie die einzelligen Algen durch das Eis glitten – laut Erstautorin Qing Zhang „wie Schlittschuhläufer auf einer spiegelglatten Bahn“. Die Bewegung basiert auf einem Schleimfilm, den die Zellen absondern, kombiniert mit molekularen Motoren, die jenen in menschlichen Muskeln ähneln.

Expedition ins Eis

Die Proben stammten aus einer 45-tägigen Arktis-Expedition im Sommer 2023. Mithilfe des Forschungsschiffs Sikuliaq entnahmen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Eisbohrkerne an zwölf Stationen in der Tschuktschensee, die nördlich der Beringstraße liegt und ins Nordpolarmeer übergeht. Mit an Bord waren Spezialmikroskope aus Prakashs Labor, die Bilder aus dem Eisinneren aufnahmen und damit erstmals Einblicke in das verborgene Leben der Diatomeen erlaubten.

Zurück im Labor stellten die Forschenden die Bedingungen nach, indem sie Petrischalen mit gefrorenem Süßwasser und einer Schicht extrem kalten Salzwassers präparierten. Wie im echten Eis bildeten sich so winzige Kanäle, durch die die Algen wanderten – in Experimenten sogar auf haarfeinen Bahnen. Zusätzliche Tests mit fluoreszierenden Kügelchen, sogenannten Tracerpartikeln, machten die Bewegungen sichtbar.

Evolutionärer Vorteil im Eismeer

Überraschend war, dass sich die arktischen Arten schneller bewegen als ihre Verwandten aus gemäßigten Klimazonen. Während gemäßigte Arten bei Kälte träge werden, gleiten die Polardiatomeen umso schneller durchs Eis. Forschende vermuten darin eine evolutionäre Anpassung: ein klarer Vorteil in einer Region, in der Licht und Nährstoffe knapp sind.

„Es gibt eine Art Polymer, ähnlich Schneckenschleim, das die Diatomeen wie ein Seil an der Oberfläche verankert“, erklärt Zhang. „Indem sie daran ziehen, erzeugen sie die Kraft, die sie vorwärts bewegt.“ Dass dieses System aus den Proteinen Aktin und Myosin, welche auch die menschlichen Muskeln antreiben, in eisigen Temperaturen funktioniert, wirft neue Fragen für die Biologie auf.

Denn Diatomeen gehören zu den wichtigsten Primärproduzenten im Polarmeer. Sie bilden die Basis der Nahrungskette, von winzigen Krebstierchen bis hin zu Fischen, Seevögeln und sogar Eisbären.

„Wir reden hier nicht über ein paar kleine Zellen, sondern über eine zentrale Säule des gesamten Ökosystems“, sagt Prakash. Möglich ist sogar, dass die Schleimspuren der Algen als Kristallisationskeime für neues Eis wirken, ähnlich wie Sandkörner, die eine Perle entstehen lassen.

In 30 Jahren keine Arktis mehr?

Besonders wegen der Erderwärmung bekommt die Entdeckung Gewicht. Wenn die Algen im Eis aktiv sind, könnten sie lebensnotwendige Stoffe durch das Ökosystem transportieren und dadurch arktische Nahrungsketten stabilisieren. Was passiert aber, wenn das Eis weiter schmilzt und ihre Lebensräume schwinden?

Hinzu kommt die Sorge um massive Kürzungen bei der Forschungsförderung – bis zu 70 Prozent weniger Mittel für Polarforschung werden derzeit befürchtet. „Die Infrastruktur und Kapazitäten, die wir brauchen, um diese Entdeckungen zu machen, stehen auf dem Spiel“, so Prakash.

Die Studie veranschaulicht, wie anpassungsfähig das Leben auch bei extremen Bedingungen ist. Sie zeigt außerdem, wie Diatomeen mit minimalem Energieaufwand bei Eiseskälte gleiten, indem sie ihre Schleimeigenschaften optimieren.

Es wird klar, dass zwischen den Eisschollen ein verborgenes, hochaktives Netzwerk von Mikroorganismen existiert. Dass Leben dort selbst bei –15 Grad Celsius pulsiert, ist nicht nur ein Rekord – es beweist auch, dass die Arktis mehr Leben beherbergt, als bisher vermutet.

Quellenhinweis:

Zhang, Q., Leng, H. T., Li, H., Arrigo, K. R., & Prakash, M. (2025): Ice gliding diatoms establish record-low temperature limits for motility in a eukaryotic cell. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) U.S.A., 122, 37, e2423725122.