معجزه فتوسنتز: جلبک‌های قطبی با تنها ۱۰۰٬۰۰۰ام نور روز رشد می‌کنند
یک تیم پژوهشی بین‌المللی کشف مهمی درباره فتوسنتز در قطب شمال کرده است. این مطالعه نشان می‌دهد که میکروجلبک‌های قطبی می‌توانند حتی در شرایط بسیار کم‌نور نیز بیومس تولید کنند.
این پژوهش بخشی از اکتشافات MOSAiC بود که در مختصات ۸۸ درجه شمالی برگزار شد. یافته‌ها نشان می‌دهد که فتوسنتز می‌تواند در عمق بیشتر و شرایط تاریک‌تر از آنچه که قبلاً تصور می‌شد، اتفاق بیفتد.
در طول اکتشاف MOSAiC، پژوهشگران میکروجلبک‌ها را زیر پوشش برف و یخ اقیانوس قطب شمال مطالعه کردند، جایی که نور خورشید به حداقل می‌رسد. مطالعه نشان داد که این میکروجلبک‌ها می‌توانند تا اواخر ماه مارس، هنگامی که خورشید به سختی در افق دیده می‌شود، بیومس بسازند.
این نتیجه شگفت‌انگیز توانایی جلبک‌ها در انجام فتوسنتز در شرایطی که قبلاً تصور می‌شد برای چنین فرآیندهایی بسیار تاریک است را نشان می‌دهد.
سطوح نور و فتوسنتز
فتوسنتز فرآیندی است که در آن نور خورشید به انرژی تبدیل می‌شود که زندگی روی زمین را حمایت می‌کند. به طور سنتی اعتقاد بر این بود که فتوسنتز به نور بیشتری نسبت به آنچه در قطب شمال موجود است نیاز دارد. با این حال، مطالعه جدید نشان می‌دهد که میکروجلبک‌ها می‌توانند با سطوح نور نزدیک به حداقل تئوری رشد کنند.
دکتر کلارا هوپه از مؤسسه آلفرد وگنر، مرکز تحقیقات هلمهولتز برای تحقیقات قطبی و دریایی (AWI)، تیم پژوهشی را رهبری کرد. آن‌ها از داده‌های پروژه MOSAiC، جایی که کشتی یخبشکن آلمانی Polarstern در یخ‌های قطب شمال به مدت یک سال در سال ۲۰۱۹ یخ زده بود، استفاده کردند.
تیم بر روی فیتوپلانکتون‌ها و جلبک‌های یخی که برای فتوسنتز در قطب شمال حیاتی هستند تمرکز کرد. اندازه‌گیری‌های آن‌ها نشان داد که تنها چند روز پس از پایان شب قطبی، میکروجلبک‌ها دوباره شروع به ساخت بیومس کردند.
این مطالعه از حسگرهای نوری بسیار حساس استفاده کرد که در یخ و آب قرار داده شده بودند تا سطوح نور را اندازه‌گیری کنند. با وجود اینکه یخ دریایی پوشیده از برف بیشتر نور خورشید را مسدود می‌کند، میکروجلبک‌ها موفق شدند از نور بسیار محدود، حدود یک صد هزارم (0.001%) از آنچه در یک روز آفتابی موجود است، برای رشد استفاده کنند.
دکتر هوپه در بیانیه مطبوعاتی می‌گوید: «بسیار جالب است که ببینیم جلبک‌ها چقدر می‌توانند از مقادیر کم نور استفاده کنند. این بار دیگر نشان می‌دهد که موجودات چگونه به خوبی با محیط خود سازگار شده‌اند.»
چالش‌ها و پیامدها
موفقیت این مطالعه مرهون همکاری نزدیکی بین پژوهشگرانی از زمینه‌های مختلف بود. دکتر نیلز فوکس و پروفسور دیرک نوتز از دانشگاه هامبورگ نقش مهمی در این تلاش داشتند. آن‌ها اندازه‌گیری‌های سطوح نور را با داده‌های بیولوژیکی ترکیب کردند و چالش‌های بزرگی را که زمستان سخت قطب شمال به همراه داشت، غلبه کردند.
فوکس در بیانیه مطبوعاتی توضیح می‌دهد: «برای اندازه‌گیری چنین سطوح نور کم تحت شرایط سخت زمستان قطب شمال، مجبور بودیم ابزارهای ویژه و جدید توسعه یافته را در وسط شب قطبی در یخ منجمد کنیم.»
تیم پژوهشی باید ناهنجاری‌ها در میدان نور که توسط تغییرات در ضخامت یخ و برف ایجاد می‌شد را مدیریت می‌کرد. نوتز نیز اشاره می‌کند: «در نظر گرفتن ناهنجاری‌ها در میدان نور زیر یخ بسیار دشوار بود. اما در نهایت، می‌توانستیم مطمئن باشیم: نور بیشتری وجود نداشت.»
این یافته‌ها پیامدهای جهانی دارند. هوپه می‌گوید: «حتی اگر نتایج ما مختص اقیانوس قطب شمال باشد، آن‌ها نشان می‌دهند که فتوسنتز چه قابلیت‌هایی دارد. اگر در شرایط چالش‌برانگیز قطب شمال اینقدر کارآمد باشد، می‌توانیم فرض کنیم که موجودات در سایر مناطق اقیانوس‌ها نیز به خوبی سازگار شده‌اند.»
این نشان می‌دهد که فتوسنتز می‌تواند در مناطق عمیق‌تر اقیانوس که نور کمی دارند اتفاق بیفتد، به‌طور بالقوه انرژی و اکسیژن برای زندگی دریایی فراهم کند. زیستگاه فتوسنتزی در اقیانوس جهانی ممکن است بسیار بزرگ‌تر از آنچه قبلاً تصور می‌شد باشد.
این مطالعه در ژورنال Nature Communications منتشر شده است.
