Арктичні мікроводорості показують, що фотосинтез можливий майже в темряві

Чи можете ви уявити собі процвітання в темряві? Люди, звичайно, не можуть, але деякі крихітні організми в Арктиці роблять саме це. Такі організми, як мікроводорості, можуть існувати під товстим льодом і сніговим покривом крижаного Північного Льодовитого океану.

Ці мікроскопічні рослиноподібні організми кидають виклик нашому розумінню життя, оскільки вони здійснюють фотосинтез, залежний від світла процес, майже в повній темряві. Це настільки ж захоплююче, як це звучить.

Виживання арктичних мікроводоростей

Здатність арктичних мікроводоростей розміром з півлітра здійснювати фотосинтез за мізерних умов освітлення була в центрі уваги нещодавнього міжнародного дослідження. Дослідники виявили, що, всупереч попереднім переконанням, фотосинтез в океанах може відбуватися в умовах значного зниження освітленості та на набагато більших глибинах.

Магія фотосинтезу

Фотосинтез — це процес, за допомогою якого рослини перетворюють сонячне світло на форму енергії, яка підтримує життя. Цей життєво важливий процес є фундаментальним для всього живого на землі. Попередні дослідження показали, що для фотосинтезу необхідна певна кількість світла – значно більше, ніж теоретично необхідний мінімум. Ну, виявляється, що ми, можливо, недооцінили фотосинтез.

Експедиція MOSAiC і арктичні мікроводорості

Дані для цього дослідження були отримані з дослідницького проекту MOSAiC. Це той самий проект, який у 2019 році заморозив німецький дослідницький криголам Polarstern на рік в арктичних льодах.

Його мета полягала в тому, щоб вивчити арктичний клімат і екосистему через суворість кожного сезону. Працюючи під керівництвом доктора Клари Хоппе з Інституту Альфреда Вегенера, команда зосередилася на вивченні фітопланктону та крижаних водоростей, головних учасників фотосинтезу в центральній Арктиці.

І те, що вони знайшли, відкрило очі. Через кілька днів після полярної ночі — періоду, коли цілий місяць стоїть непроглядна темрява — відбулося накопичення рослинної біомаси. Це те, що неможливо без фотосинтезу.

Майже неможливі умови для арктичних мікроводоростей

Ось щелепа, що приголомшує. Фотосинтез відбувався під засніженим морським льодом. Цей льодовий покрив дозволяв лише незначній кількості сонячного світла досягати мікроводоростей, приблизно сто тисяч того, що ми відчуваємо в сонячний день.

«Дуже вражаюче бачити, наскільки ефективно водорості можуть використовувати таку малу кількість світла. Це ще раз показує, наскільки добре організми пристосовані до навколишнього середовища», — каже д-р Клара Хоппе.

Успіх цього дослідження також був свідченням потужності міждисциплінарної співпраці. Дослідники морського льоду доктор Нільс Фукс і професор Дірк Ноц з Інституту морських досліджень Гамбурзького університету допомогли поєднати вимірювання світла з біологічними даними. Для цього потрібно було вморозити в лід спеціально розроблені інструменти під час полярної ночі.

Наслідки для дослідження зміни клімату

Висновки експедиції MOSAiC мають значний вплив на наше розуміння зміни клімату. Оскільки температура в Арктиці продовжує зростати, екологічний баланс цього чутливого регіону порушується. Здатність арктичних мікроводоростей фотосинтезувати в умовах недостатнього освітлення свідчить про стійкість, яка може допомогти підтримувати первинне виробництво, навіть коли льодовий покрив коливається.

Ця стійкість не тільки підтримує місцеву харчову мережу, але й має ширші наслідки для глобального кругообігу вуглецю, оскільки збільшення біомаси водоростей може вплинути на здатність океану поглинати вуглекислий газ, тим самим впливаючи на динаміку клімату.

Арктичні мікроводорості та майбутнє

Враховуючи захоплюючі відкриття про арктичні мікроводорості, майбутні дослідження повинні продовжувати досліджувати основні механізми, які дозволяють цим організмам процвітати в таких екстремальних середовищах. Подальші дослідження могли б вивчити генетичні адаптації, які забезпечують ефективний фотосинтез при слабкому освітленні, або дослідити вплив різних умов льоду на продуктивність водоростей.

Розуміння цих факторів не тільки збагатить наші знання про арктичні екосистеми, але й сформує стратегії збереження, спрямовані на збереження цих життєво важливих організмів у мінливих кліматичних умовах. Взаємодія з різними науковими дисциплінами матиме важливе значення для просування цього дослідження та застосування отриманих ідей до ширших екологічних та екологічних проблем.

«Хоча наші результати стосуються Північного Льодовитого океану, вони показують, на що здатний фотосинтез», — пояснює д-р Клара Хоппе.

Це нове розуміння ефективності фотосинтезу свідчить про те, що подібні процеси можуть відбуватися в темних частинах океанів по всьому світу, таким чином розширюючи потенційне фотосинтетичне середовище існування. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.