Zespół badawczy opublikował nowe wyniki projektu MOSAiC.
Jak wynika z globalnego badania skupionego na wzroście mikroalg arktycznych po nocy polarnej, w przyrodzie fotosynteza zachodzi nawet w warunkach bardzo słabego oświetlenia. Badania te przeprowadzono podczas wyprawy MOSAiC w pobliżu 88° szerokości geograficznej północnej. Wyniki wskazują, że mikroalgi są zdolne do gromadzenia biomasy fotosynteza do końca marca, nawet w tych skrajnie północnych regionach.
O tej porze słońce znajduje się ledwie nad horyzontem, więc w siedlisku mikroalg pod pokrywą śnieżną i lodową Oceanu Arktycznego nadal jest prawie całkowicie ciemno. Wyniki badania opublikowano teraz w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza pokazują, że fotosynteza w oceanie jest możliwa w warunkach znacznie słabszego oświetlenia, a zatem może zachodzić na znacznie większych głębokościach, niż wcześniej zakładano.
Zrozumienie fotosyntezy w słabym świetle
Fotosynteza przekształca światło słoneczne w energię użyteczną biologicznie, tworząc w ten sposób podstawę wszelkiego życia na naszej planecie. Jednak poprzednie pomiary ilości wymaganego do tego światła zawsze znacznie przekraczały teoretycznie możliwe minimum. Nowe badanie w czasopiśmie naukowym Komunikacja przyrodnicza pokazuje, że gromadzenie się biomasy może faktycznie nastąpić przy ilości światła bliskiej temu minimum.
W swojej pracy naukowcy wykorzystali dane z międzynarodowego projektu badawczego MOSAiC. W ramach wyprawy w 2019 r. zamrozili niemiecki lodołamacz badawczy Polarstern w pakie lodowym środkowej Arktyki na rok, aby zbadać roczny cykl klimatu i ekosystemu Arktyki. Zespół kierowany przez dr Clarę Hoppe z Instytutu Alfreda Wegenera i Centrum Badań Polarnych i Morskich im. Helmholtza (AWI) skupił się na badaniu fitoplanktonu i glonów lodowych.
Są one odpowiedzialne za większość fotosyntezy w środkowej Arktyce. Nieoczekiwanie pomiary wykazały, że już kilka dni po zakończeniu miesięcznej nocy polarnej ponownie odbudowała się biomasa roślinna, dla której fotosynteza jest absolutnie niezbędna. Niezwykle czułe czujniki światła w lodzie i wodzie umożliwiły zmierzenie ilości dostępnego światła.
Innowacyjne pomiary i implikacje
Wyniki były szczególnie zaskakujące, ponieważ fotosynteza w Oceanie Arktycznym zachodziła pod pokrytym śniegiem lodem morskim, przez co przechodzi jedynie kilka fotonów padającego światła słonecznego: Mikroalgi miały tylko około stu tysięcznych ilości światła słonecznego dnia dostępnych dla ich wzrostu na powierzchni Ziemi.
„To imponujące, jak efektywnie algi potrafią wykorzystywać tak niewielkie ilości światła. To po raz kolejny pokazuje, jak dobrze organizmy są przystosowane do środowiska” – mówi Clara Hoppe.
Badanie było możliwe dzięki ścisłej współpracy badaczy z różnych dyscyplin. Badacze lodu morskiego, dr Niels Fuchs i profesor Dirk Notz z Instytutu Badań Morskich na Uniwersytecie w Hamburgu, byli odpowiedzialni za połączenie pomiarów pola świetlnego z pomiarami biologicznymi.
„Aby zmierzyć tak słaby poziom światła w trudnych warunkach arktycznej zimy, musieliśmy zamrozić specjalne, nowo opracowane instrumenty w lodzie w środku nocy polarnej” – wyjaśnia Niels Fuchs. Jego kolega Dirk Notz dodaje, że szczególnie trudno było uwzględnić nieregularności pola świetlnego pod lodem ze względu na różnice w grubości lodu i śniegu: „Ale ostatecznie mogliśmy być pewni: światła po prostu nie było więcej”.
Wyniki opublikowanego właśnie badania są ważne dla całej planety. „Chociaż nasze wyniki dotyczą konkretnie Oceanu Arktycznego, pokazują, do czego zdolna jest fotosynteza. Jeśli jest tak skuteczny w trudnych warunkach Arktyki, możemy założyć, że organizmy w innych regionach oceanów również przystosowały się tak dobrze”, mówi Clara Hoppe, kontekstualizując wyniki.
Oznacza to, że światła mogłoby być wystarczająco dużo, aby w głębszych obszarach oceanów wytworzyć użyteczną energię i tlen w drodze fotosyntezy, które byłyby wówczas dostępne na przykład dla ryb. Odpowiednie siedlisko fotosyntetyczne w globalnym oceanie może zatem być znacznie większe, niż wcześniej zakładano.
Odniesienie: „Zapotrzebowanie na światło fotosyntetyczne w pobliżu teoretycznego minimum wykryte w mikroalgach arktycznych”: Clara JM Hoppe, Niels Fuchs, Dirk Notz, Philip Anderson, Philipp Assmy, Jørgen Berge, Gunnar Bratbak, Gaël Guillou, Alexandra Kraberg, Aud Larsen, Benoit Lebreton, Eva Leu, Magnus Lucassen, Oliver Müller, Laurent Oziel, Björn Rost, Bernhard Schartmüller, Anders Torstensson i Jonas Wloka, 4 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51636-8
Finansowanie: Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Norweska Rada ds. Badań Naukowych, Hanse-Wissenschaftskolleg, Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych
