Ja seal toimub fotosüntees pea pilkases pimeduses - kuidas see võimalik on?

MOSAiC Ocean City uurimisjaam Arktika keskosas ja taustal jäässe külmutatud Saksa uurimisjäämurdja Polarstern Foto: Saga Svavarsdottir (CC-BY 4.0)/Alfred-Wegener-Institut

Rahvusvaheline uuring näitas, et fotosüntees võib toimuda ka äärmiselt nõrga valguse käes, praktiliselt pimedas. Uuring keskendus Arktika mikrovetikate arengule polaaröö lõpus ning selle mõõtmised viidi läbi MOSAiC ekspeditsiooni käigus 88° põhjalaiusel.

Okeanograafiliste mõõtmiste skemaatiline kujutis MOSAiC-ekspeditsiooni ajal Foto: Alfred-Wegener-Institut

Selgus, et isegi niivõrd kaugel põhjas, suudavad mikrovetikad hakata biomassi tootma fotosünteesi abil juba märtsi lõpus. Sellel ajal on päike alles vaevu horisondi kohal, mistõttu on vetikate elukohas lume ja jää all Arktilises ookeanis peaaegu täielik pimedus. Uuringu tulemused, mis avaldati ajakirjas Nature Communications, näitavad, et fotosüntees on võimalik palju väiksema valgushulga juures ja suuremal sügavusel, kui varem arvati.

Fotosüntees muundab päikesevalguse bioloogiliselt kasutatavaks energiaks ja on seega elu aluseks kogu meie planeedil. Varasemad mõõtmised näitasid, et fotosünteesiks vajalik valgushulk oli palju suurem kui teoreetiliselt minimaalne tase. Uus uuring kinnitab aga, et biomass võib hakata tekkima valgushulgaga, mis on sellele teoreetilisele miinimumile väga lähedal.

Rahvusvahelise uurimisprojekti MOSAiC ekspeditsiooni raames külmutati Saksa uurimislaev Polarstern aastaks Arktika keskosa jääkilpi, et uurida Arktika kliima ja ökosüsteemi aastaringset tsüklit. Dr Clara Hoppe juhitud teadlaste meeskond Alfred Wegeneri Instituudist (Helmholtzi polaar- ja mereteaduste keskus ehk AWI) keskendus fütoplanktoni ja jäävetikate uurimisele. Need vastutavad suure osa fotosünteesi eest Arktika keskosas. Ootamatult näitasid mõõtmised, et vaid mõni päev pärast kuudepikkuse polaaröö lõppu hakkas taimne biomass uuesti tekkima, mis on võimalik vaid tänu fotosünteesile. Jää ja vee sisse paigaldatud äärmiselt tundlikud valgusandurid võimaldasid mõõta olemasoleva valguse hulka.

Teadlased langetavad uurimissüsteemi koos 12 suure veepudeliga ookeani Foto: Michael Gutsche /ALFRED-WEGENER-INSTITUT

Tulemused olid eriti üllatavad, sest fotosüntees toimus lumega kaetud merejää all, kust pääsesid läbi vaid vähesed päikesevalguse footonid. Mikrovetikad kasutasid kasvamiseks valgust, mis kestis vaid sajatuhandiku päikselisest päevast Maa pinnal. Clara Hoppe sõnul on muljetavaldav, kui tõhusalt vetikad suudavad nii väikest valgushulka kasutada. See näitab, kui hästi organismid on oma elukeskkonnaga kohanenud.

Uuring sai teoks tänu tihedale koostööle erinevate teadusvaldkondade vahel. Merejää uurijad Dr Niels Fuchs ja Prof Dirk Notz Hamburgi Ülikooli Mereuuringute Instituudist vastutasid valgusvälja ja bioloogiliste mõõtmiste ühendamise eest. Niels Fuchs selgitab, et äärmiselt madalate valgushulkade mõõtmiseks Arktika talvistes tingimustes tuli arendada uusi seadmeid, mis külmutati polaaröö keskel jää sisse. Dirk Notzi sõnul oli eriti keeruline arvestada jää ja lume paksuse ebaühtlusega, mis mõjutas valgusvälja: lõpuks oli siiski kindel, et valgust lihtsalt ei olnud rohkem.

Uuringu tulemused on olulised kogu planeedi jaoks. Clara Hoppe selgitab, et kuigi tulemused on spetsiifilised Arktika ookeanile, näitavad need fotosünteesi erakordset võimekust. Kui fotosüntees on nii tõhus Arktika raskete tingimuste juures, võib eeldada, et ka teiste ookeanide organismid on hästi kohanenud. See tähendab, et sügavamates ookeanikihtides võib olla piisavalt valgust, et toota energiat ja hapnikku, mis oleks näiteks kaladele kättesaadav. Seega võib globaalse ookeani fotosünteesiv ala olla palju suurem, kui seni arvati.

Allikas: EurekAlert