Для фотосинтеза водорослям и растениям необходимы вода, углекислый газ и хлорофилл, чтобы преобразовать световую энергию в глюкозу и кислород. Свет также необходим для успешного протекания этого процесса… или так мы думали до сегодняшнего дня. На самом деле крошечные водоросли в Арктике бросают вызов всем законам природы, успешно осуществляя фотосинтез в условиях почти полной темноты (всего 0,001% от обычного солнечного света). Это открытие не только удивительно и захватывающе, но и многообещающе.
Обычная освещенность на улице в ясный день более чем в 37 000-50 000 раз превышает количество света, необходимое этим арктическим микроводорослям. И, похоже, это не пугает природу, которая процветает в этих ледяных, враждебных условиях вопреки всему.
Фотосинтез арктических водорослей в условиях низкого уровня освещенности
Это революционное открытие и исследование — результат экспедиции MOSAiC, которая проходила на 88° северной широты. Фотосинтез — это процесс, в ходе которого солнечный свет преобразуется в энергию, поддерживающую жизнь на Земле. Традиционно считалось, что для фотосинтеза требуется гораздо больше света, чем доступно в Арктике. Однако полученные результаты показывают, что фотосинтез может происходить гораздо глубже и в более темных условиях, чем считалось ранее.
Международная исследовательская группа использовала чрезвычайно чувствительные световые датчики во льду и воде для измерения количества доступного света, а затем изучила фитопланктон и ледяные микроводоросли под снегом и льдом Северного Ледовитого океана, где солнечные лучи минимальны.
Водоросли способны процветать без солнечного света
Несмотря на снежный покров, блокирующий большую часть света, микроводоросли смогли использовать для роста очень низкий уровень радиации — около одной стотысячной (0,001%) от того, что доступно в солнечный день.
Исследование показало, что эти микроводоросли способны накапливать биомассу уже в конце марта, когда Солнце было едва видно над горизонтом, и ее рост, описанный в исследовании как «экспоненциальный», продолжался до конца апреля. Этот удивительный результат демонстрирует способность водорослей к фотосинтезу в конце полярной ночи в условиях, которые ранее считались слишком темными для подобных процессов.
«Очень впечатляет, насколько эффективно водоросли могут использовать столь малое количество света. Это еще раз показывает, насколько хорошо эти организмы приспособлены к окружающей среде», — говорит доктор Клара Хоппе из Института Альфреда Вегенера и Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI), возглавлявшая исследовательскую группу.
Гораздо больше, чем просто удивительное открытие
Удивительное открытие, согласно которому фотосинтез в Северном Ледовитом океане может происходить под снежным покровом морского льда, пропускающим лишь несколько скудных фотонов света, — это гораздо больше, чем простое любопытство природы.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, имеют глобальное значение. «Даже если наши результаты характерны только для Северного Ледовитого океана, они показывают, на что способен фотосинтез. Если он настолько эффективен в суровых условиях Арктики, мы можем предположить, что организмы в других регионах океана также хорошо адаптировались к нему», — говорит доктор Хоппе.
Это означает, что в более глубоких районах океанов также может быть достаточно света для производства полезной энергии и кислорода путем фотосинтеза, которые затем будут доступны, например, для рыб. Таким образом, фотосинтетическая среда обитания в мировом океане может быть значительно больше, чем предполагалось ранее.
Раскрытие секретов выживания водорослей в почти полной темноте может также ускорить фотосинтез сельскохозяйственных растений и продлить их вегетационный период в высоких широтах по всему миру. Еще одним преимуществом может быть улучшение роста комнатных растений за счет использования меньшего количества искусственного света. Культивирование в условиях ограниченного света на борту космических кораблей во время долгосрочных миссий или в космических колониях на других мирах может быть даже возможным.
