Группа европейских ученых, дрейфуя в Северном Ледовитом океане во время экспедиции MOSAiC, зафиксировала фотосинтез у подледных микроводорослей, которым хватило рекордно малого количества солнечного света. Новые данные опустили порог возможного фотосинтеза в четыре раза и приблизили его к теоретическому минимуму.
На фото разнообразные формы диатомовых микроводорослей. В новом исследовании специалисты изучали фотосинтез родов Nitzschia и Navicula / © Wikimedia Commons, Andrei Savitsky.
Львиную долю всей биомассы на Земле составляют растения — согласно подсчетам 2018 года, они занимают 80% всего живого. Для успешного существования растениям нужны условия, подходящие для фотосинтеза. Но большую часть поверхности планеты занимает вода, а в океанах и морях фотосинтез может происходить только в эвфотической зоне, слое, куда достают солнечные лучи. В этой толще образуется до 90% атмосферного кислорода, поэтому ее объем — ключевой фактор в расчетах первичной продукции, то есть органики в океане.
Нижняя граница эвфотической зоны проходит на глубине, куда проникает лишь 1% солнечного света, то есть 20 микромолей фотонов на квадратный метр в секунду (на поверхности этот уровень обычно равен 2000 микромолям). Хотя теоретически минимальное количество света для прироста органики должно составлять около 0,01 микромоля фотонов на квадратный метр в секунду, на практике еще не выяснили, насколько глубоко этот порог простирается, где точная граница, после которой фотосинтез невозможен.
Для водорослей, живущих подо льдами, фиксировали минимальные значения солнечного света в 0,17 микромоля фотонов на квадратный метр в секунду, что все еще выше теоретической границы. Однако недавно группа европейских исследователей Арктики обнаружила, что морские одноклеточные водоросли способны наращивать биомассу при среднесуточной освещенности, близкой к теоретическому минимуму. Этот уровень рекордный и на порядок ниже предыдущих наблюдений. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Арктическая экспедиция MOSAiC собирала данные с сентября 2019-го по октябрь 2020 года. Исследовательское судно дрейфовало по Северному Ледовитому океану вместе со льдинами, пока ученые собирали пробы водной толщи и морского льда. Затем специалисты измеряли, сколько микроводоросли синтезировали новых клеток, первичной продукции (по фиксации изотопа углерод-14), а также определяли концентрацию хлорофилла а — самой распространенной формы хлорофилла.
Последний метод показал, что фотосинтез у диатомовых водорослей начался 28 марта 2020 года — их пробы собрали с глубины 11 метров подо льдом — и продолжался следующие семь дней. Другие пробы с глубины 20 метров подтвердили эту дату: световая микроскопия выявила, что количество клеток диатомей (в основном Pseudo-nitzschia) увеличилась после 28 марта.
Далее ученые измерили уровень освещенности, при которой начался фотосинтез, в верхнем 50-метровом слое воды. Датчики зафиксировали, что 28 марта среднесуточный уровень солнечного света достигал 0,04 ± 0,02 микромоля фотонов на квадратный метр в секунду. После этого по экспоненте выросла концентрация хлорофилла а, что, как подчеркнули авторы статьи, стало прямой реакцией на появление света. Ведь другие источники энергии (дыхание и поглощение органики) были доступны зимой, но накопление биомассы началось именно на свету.
Если сравнить новые данные с предыдущими наблюдениями, то известный порог освещенности, при котором возможен фотосинтез, снизился в четыре раза и приблизился к теоретическому минимуму. В то же время почти вдвое углубилась зона, где этот процесс доступен, — с 23 до 54 метров (при учете коэффициента затухания).
Как отметили специалисты, результаты исследования доказывают, что эволюция до удивительной степени оптимизировала эффективность фотосинтеза.
Комментарии
"Хотя теоретически минимальное количество света для прироста органики должно составлять около 0,01"
Ссылка дана на интересную статью, но не соотносящуюся с утверждением
"Нижняя граница эвфотической зоны проходит на глубине, куда проникает лишь 1% солнечного света, то есть 20 микромолей фотонов на квадратный метр в секунду"
Это еще не плохая освещенность, комнатные растения умудряются при худших условиях расти. Википедия дает оценку с разбросом и в 10 раз ниже. Видимо путаница связана с компенсационной глубиной, где первичная продукция фитопланктона равна его дыханию. Но для данной статьи это как раз не важно, в норме получается для запуска фотосинтеза достаточно 2 микромоля, а не 20. Ну и цифры тогда на 2 порядка отличаются, а не на 3 что то же как то слишком.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%B2%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0#:~:text=%D0%9D%D0%B8%D0%B6%D0%BD%D1%8F%D1%8F%20%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0%20%D1%8D%D0%B2%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B9%20%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D1%8B%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%82,%D0%B3%D0%B4%D0%B5%20%D0%BE%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%89%D1%91%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C%20%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D1%82%20400%20%D0%BB%D0%BA.
Дмитрий, спасибо за комментарий. Действительно, ссылка, подтверждающая утверждение о теоретическом минимуме освещенности, оказалась неточной. Уже исправили.