Фотосинтез может происходить в природе даже при крайне низком уровне освещенности. Это результат международного исследования, в котором изучалось развитие арктических микроводорослей в конце полярной ночи. Измерения проводились в рамках экспедиции MOSAiC на 88° северной широты и показали, что даже так далеко на севере микроводоросли могут накапливать биомассу посредством фотосинтеза уже в конце марта. В это время солнце едва поднимается над горизонтом, так что в среде обитания микроводорослей под снежным и ледяным покровом Северного Ледовитого океана все еще почти совсем темно. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, показывают, что фотосинтез в океане возможен при гораздо более низких условиях освещенности и, следовательно, может происходить на гораздо больших глубинах, чем предполагалось ранее.
Фотосинтез преобразует солнечный свет в биологически полезную энергию и, таким образом, составляет основу всей жизни на нашей планете. Однако предыдущие измерения количества света, необходимого для этого, всегда были намного выше теоретически возможного минимума. Новое исследование в научном журнале Nature Communications показывает, что накопление биомассы может фактически происходить при количестве света, близком к этому минимуму.
Исследователи использовали данные международного исследовательского проекта MOSAiC для своей работы. В рамках экспедиции они заморозили немецкий исследовательский ледокол Polarstern в ледовом покрове центральной Арктики на год в 2019 году, чтобы исследовать годовой цикл арктического климата и экосистемы. Команда под руководством доктора Клары Хоппе из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI) сосредоточилась на изучении фитопланктона и ледяных водорослей. Они отвечают за большую часть фотосинтеза в центральной Арктике. Неожиданно измерения показали, что всего через несколько дней после окончания месячной полярной ночи снова нарастала растительная биомасса, для которой фотосинтез абсолютно необходим. Чрезвычайно чувствительные датчики света во льду и воде позволили измерить количество доступного света.
Результаты были особенно удивительными, поскольку фотосинтез в Северном Ледовитом океане происходил под покрытым снегом морским льдом, который пропускает лишь несколько фотонов падающего солнечного света: для роста микроводорослей было доступно всего около одной стотысячной доли света солнечного дня на поверхности Земли. «Очень впечатляет то, насколько эффективно водоросли могут использовать столь малое количество света. Это еще раз показывает, насколько хорошо организмы адаптированы к своей среде», — говорит Клара Хоппе.
Исследование стало возможным благодаря тесному сотрудничеству исследователей из разных дисциплин. Исследователи морского льда доктор Нильс Фукс и профессор Дирк Ноц из Института морских исследований Гамбургского университета отвечали за объединение измерений светового поля с биологическими измерениями. «Чтобы измерить такие низкие уровни освещенности в суровых условиях арктической зимы, нам пришлось вмораживать специальные, недавно разработанные приборы в лед посреди полярной ночи», — объясняет Нильс Фукс. Его коллега Дирк Ноц добавляет, что было особенно сложно учесть неровности светового поля подо льдом из-за изменений толщины льда и снега: «Но в конце концов мы смогли убедиться: больше света просто не было».
Результаты опубликованного исследования важны для всей планеты. «Хотя наши результаты специфичны для Северного Ледовитого океана, они показывают, на что способен фотосинтез. Если он настолько эффективен в сложных условиях Арктики, мы можем предположить, что организмы в других регионах океанов также хорошо адаптировались», — говорит Клара Хоппе, контекстуализируя результаты. Это означает, что света может быть достаточно для производства полезной энергии и кислорода посредством фотосинтеза в более глубоких областях океанов, которые затем будут доступны, например, для рыб. Соответствующая фотосинтетическая среда обитания в мировом океане может быть, таким образом, значительно больше, чем предполагалось ранее.
