تقوم أشكال الحياة في القطب الشمالي بعملية التمثيل الضوئي في ظلام دامس تقريبًا

قام فريق من العلماء، الذين يسعون إلى تحديد الحد الأدنى من النباتات الخفيفة التي تحتاجها للبقاء على قيد الحياة، بحبس قاربهم في الجليد القطبي الشمالي لمدة عام كامل. وكشفت البيانات التي جمعوها أن بعض الأنواع يمكنها إجراء عملية التمثيل الضوئي بمستويات أقل بكثير من أي شيء شوهد من قبل.

لقد قام العلماء منذ فترة طويلة بحساب الحد الأدنى النظري من ضوء الشمس اللازم للعملية الكيميائية التي تدعم الحياة على الأرض، ولكن لم يتم ملاحظة أي نوع يقترب من هذه العتبة حتى الآن. ويعني هذا الاكتشاف أن الحياة يمكن أن توجد في أجزاء من المحيط كانت تعتبر في السابق محظورة.

وقالت كلارا هوب، عالمة الجيولوجيا البحرية في معهد ألفريد فيجنر، والتي قادت فريق البحث، في بيان: “من المثير للإعجاب للغاية أن نرى مدى كفاءة الطحالب في استخدام هذه الكميات المنخفضة من الضوء”. “وهذا يظهر مرة أخرى مدى تكيف الكائنات الحية مع بيئتها.”

لمعرفة المزيد عن الكمية الصغيرة من الضوء اللازمة لعملية التمثيل الضوئي، قامت هوب وزملاؤها بإيقاف سفينة أبحاث تسمى RV بولارشتيرن في جليد القطب الشمالي لمدة عام كامل، بدءًا من سبتمبر 2019. وبقي الفريق على متن السفينة، وكذلك في خيام نصبت في مكان قريب، حيث انجرفت السفينة مع الجليد. خلال تلك الفترة، أخذوا قياسات لإنتاج الكربون، الناتج عن عملية التمثيل الضوئي ومستويات الضوء في الجليد والماء.

في الدراسة الناتجة، التي نشرت في اتصالات الطبيعةوتشير هوبي وفريقها إلى أن عملية التمثيل الضوئي في المحيط لا يمكن أن تحدث إلا في الجزء العلوي من الماء، حيث لا يزال بإمكان ضوء الشمس الوصول إليه. يتلقى الجزء الأدنى من تلك المنطقة 1% فقط من ضوء الشمس على السطح، لكن الأبحاث السابقة حددت أنه، من الناحية النظرية على الأقل، لا يزال من الممكن حدوث عملية التمثيل الضوئي مع ضوء أقل. ومع ذلك، حتى معظم الطحالب الجليدية، التي تكيفت مع ظروف الإضاءة المنخفضة، لديها احتياجات تتجاوز هذا الحد.

خلال الليل القطبي، وهي فترة تستمر أشهرًا عندما لا تشرق الشمس أبدًا بالقرب من القطب الشمالي، لم تنتج العوالق النباتية والطحالب أي كربون، مما يشير إلى أن عملية التمثيل الضوئي لم تحدث. كان ذلك متوقعا، ولكن ما كان مفاجئا هو مدى سرعة عودة الأمور إلى الحياة. كانت النباتات تزدهر بحلول منتصف شهر مارس، عندما كانت مستويات الضوء لا تزال منخفضة بشكل لا يصدق في القطب الشمالي. وحتى الكائنات الحية الموجودة مباشرة تحت الجليد المغطى بالثلوج، حيث لا يمكن اختراق سوى عدد قليل من الفوتونات، كانت قادرة على البدء في النمو. كانت مستويات الضوء منخفضة جدًا لدرجة أنها قيست ما يقرب من مائة ألف من ضوء الشمس الذي يتعرض له البشر في يوم مشرق على السطح.

وبينما ركزت الدراسة على منطقة محددة في القطب الشمالي، قال هوب إن النتائج تسمح بافتراض أن الكائنات الحية تكيفت مع ظروف الإضاءة المنخفضة في مناطق أخرى من محيطات العالم. وهذا قد يعني الأكسجين والغذاء للأسماك في المناطق التي كان يعتقد في السابق أنها صالحة للسكن.

على الرغم من اكتشافه في القرن السابع عشر، لا يزال العلماء يقومون باكتشافات حول خصوصيات وعموميات عملية التمثيل الضوئي. الأكسجين هو نتيجة ثانوية لهذه العملية. وكما يمكن لأي شخص يحبس أنفاسه أن يخبرك، فإن هذا العنصر حيوي إلى حد ما حتى لا يموت البشر. وبما أن عملية التمثيل الضوئي تلعب دورًا حاسمًا في كيفية إزالة النباتات للكربون من الغلاف الجوي، فإن فهم هذه العملية الأساسية للحياة على الأرض يكتسب أهمية متزايدة.