هذه النباتات التمثيل الضوئي في عمق القطب الشمالي حتى عندما لا يكون هناك ضوء

النسخة الأصلية ل هذه القصة ظهرت في مجلة Quanta.

تعمل معظم محركات الحياة على ضوء الشمس. تقوم الفوتونات بتصفية الجو في الجو ويتم امتصاصها بفارغ الصبر بواسطة الكائنات الحية التي تعمل بالضوء مثل النباتات والطحالب. من خلال التمثيل الضوئي ، تعمل جزيئات الضوء على التفاعل الخلوي الذي يصنع الطاقة الكيميائية (في شكل السكريات) ، والتي يتم تمريرها بعد ذلك حول شبكة الطعام في رقصة معقدة من الحيوانات العاشبة ، والحيوانات المفترسة ، والزائدين ، والمتحللين ، وأكثر من ذلك.

في يوم مشرق ومشمس ، هناك ثروة من الفوتونات للالتفاف. ولكن ماذا يحدث في الضوء المنخفض؟ لطالما كان علماء الأحياء فضوليًا حول مدى ضئيل التمثيل الضوئي الضوئي – أو عدد الفوتونات التي تحتاج إلى الوصول ، ومدى سرعة ، لآلية التمثيل الضوئي للخلية لمعالجة ثاني أكسيد الكربون في الأكسجين والطاقة. اقترحت الحسابات حداثة نظرية بحوالي 0.01 ميكرومول من الفوتونات لكل متر مربع في الثانية ، أو أقل من مائة ألف من ضوء يوم مشمس.

لعقود من الزمن ، كان هذا الحساب نظريًا ، بالنظر إلى صعوبات دراسة التمثيل الضوئي تحت الضوء المنخفض. لا يمكن لأحد أن يؤكد ذلك في هذا المجال ، على الرغم من أن هناك الكثير من الأماكن على وجه الأرض بالكاد يصل الضوء. كل شتاء في القطب الشمالي العالي ، على سبيل المثال ، الشمس ، المخبأة بسبب إمالة الأرض ، تختفي لعدة أشهر. أمتار من الثلج بطانية الجليد البحري وكبح الضوء الوارد ، تاركًا المحيط البارد أسفل الظلام مثل الجزء الداخلي من القبر. هناك ، افترض علماء الأحياء ، وتطوير التمثيل الضوئي التي تعيش في الماء والجليد للموسم وينتظران الدفء والضوء.

وقالت كلارا هوب ، وهي خاضعة للنيوكيوكيميك الحيوي في معهد ألفريد واينر في ألمانيا: “لقد فكر الناس في الليلة القطبية حيث أن هذه الظروف الصحراوية التي لا توجد فيها حياة قليلة للغاية ، والأمور كلها نائمة وإسب وينتظرون في الربيع المقبل قادم”. “لكن في الحقيقة ، لم ينظر الناس إليها أبدًا.”

في شتاء عام 2020 ، أمضى Hoppe شهورًا تعيش على متن سفينة مثبتة في عائم الجليد ، خلال الليلة القطبية ، لدراسة حدود التمثيل الضوئي في الظلام. أبلغت دراسة فريقها الحديثة في Nature Communications عن نمو الطحالب الدقيقة وتتكاثر عند مستويات الإضاءة في أو بالقرب من الحد الأدنى النظري – أقل مما كان قد لوحظ سابقًا في الطبيعة.

تُظهر الدراسة أنه في بعض من أبرد الأماكن ، أحلك الأماكن على وجه الأرض ، تزهر الحياة مع أكبر كمية من الضوء. وقال دوغلاس كامبل ، المتخصص في التمثيل الضوئي المائي بجامعة ماونت أليسون في كندا ، الذي لم يشارك في الدراسة: “على الأقل على الأقل بعض العوالق النباتية ، في ظل بعض الظروف ، قد تكون قادرة على القيام ببعض الأشياء المفيدة للغاية في ضوء منخفض للغاية”. “إنه عمل مهم.”

قوة الجانب المظلم

لقد فهم العلماء تقليديًا أن القطب الشمالي مكان للدهون في معظم العام. في فصل الشتاء ، فإن الكائنات الحية التي يمكنها الفرار من المياه الباردة تفعل ذلك ؛ أولئك الذين يبقون على الهواء مباشرة من الاحتياطيات المخزنة أو تغرق في نوم صامت. ثم ، عندما تعود الشمس ، يعود المكان إلى الحياة. خلال فصل الربيع ، تنطلق صعودًا في الطحالب الضوئية والميكروبات الأخرى في بدء النظام الإيكولوجي في القطب الشمالي ، مما يؤدي إلى تأجيج رافعة سنوية ، مع قشريات صغيرة ، والأسماك ، والأختام ، والطيور ، والدببة القطبية ، والحيتان ، وأكثر من ذلك.

يبدو أن أي عوالق نباتية قادرة على الحصول على بداية سابقة من المنافسة يمكن أن يكون لها صيف أكثر نجاحًا. هذا دفعها إلى أن تتساءل عندما ، على وجه التحديد ، يمكن للكائنات أن تستجيب للضوء الذي يعود.