В природе фотосинтез может происходить даже при крайне низком уровне освещенности. Таков результат международного исследования, в ходе которого 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 наращивать биомассу за счет фотосинтеза уже в конце марта. В это время солнце едва поднимается над горизонтом, так что в местах обитания микроводорослей под снежным и ледяным покровом Северного Ледовитого океана 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, является основой всего живого на нашей планете. Однако предыдущие измерения количества света, необходимого для этого, всегда были намного выше теоретически возможного минимума. Новое исследование показывает, что накопление биомассы может происходить при количестве света, близком к минимуму.
В рамках экспедиции в 2019 году учёные заморозили немецкий исследовательский ледокол Polarstern в ледяном покрове центральной Арктики на один год, чтобы изучить годовой цикл арктического климата и экосистемы. Команда под руководством доктора Клары Хоппе из Института Альфреда Вегенера сосредоточилась на изучении фитопланктона и ледяных водорослей. Они отвечают за большую часть фотосинтеза в центральной части Арктики. Неожиданно измерения показали, что уже через несколько дней после окончания многомесячной полярной ночи биомасса растений, для которых фотосинтез абсолютно необходим, вновь стала расти. Чрезвычайно чувствительные световые датчики во льду и воде позволили измерить количество доступного света.
Результаты оказались особенно удивительными, поскольку фотосинтез в Северном Ледовитом океане происходит под снежным покровом морского льда, который пропускает лишь несколько фотонов солнечного света: микроводорослям для роста была доступна только одна стотысячная часть того количества света, которое было в солнечный день на поверхности Земли. «Очень впечатляет, насколько эффективно водоросли могут использовать такое малое количество света. Это еще раз показывает, насколько хорошо организмы приспособлены к окружающей среде», — говорит Клара Хоппе.
Исследование стало возможным благодаря тесному сотрудничеству ученых из разных областей знаний. «Чтобы измерить столь низкий уровень освещенности в суровых условиях арктической зимы, нам пришлось вмораживать специальные, недавно разработанные приборы в лед во время полярной ночи», — объясняет Нильс Фукс. Его коллега Дирк Нотц добавляет, что особенно сложно было учесть неоднородность светового поля подо льдом из-за колебаний толщины льда и снега.
Результаты опубликованного исследования важны для всей планеты. «Несмотря на то, что наши результаты касаются только 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 океана также хорошо адаптировались», — говорит Клара Хоппе, анализируя полученные результаты. Это означает, что в более глубоких районах океана также может быть достаточно света для производства полезной энергии и кислорода с помощью фотосинтеза, что впоследствии будет доступно, например, для рыб. Таким образом, соответствующая фотосинтезирующая среда обитания в мировом океане может быть значительно больше, чем предполагалось ранее.
[Фото: Alfred-Wegener-Institut / Saga Svavarsdottir (CC-BY 4.0)]
