Microalgas árticas demuestran que es posible realizar la fotosíntesis en condiciones de casi oscuridad
La fotosíntesis puede tener lugar en la naturaleza incluso con niveles de luz extremadamente bajos. Así lo demuestra un estudio internacional que investigó el desarrollo de las microalgas árticas al final de la noche polar.
Las mediciones se llevaron a cabo como parte de la expedición MOSAiC a 88° de latitud norte y revelaron que incluso tan al norte, las microalgas pueden acumular biomasa a través de la fotosíntesis ya a finales de marzo.
En este momento, el sol apenas asoma por el horizonte, por lo que en el hábitat de las microalgas, bajo la capa de nieve y hielo del océano Ártico, todavía está casi completamente oscuro. Los resultados del estudio muestran que la fotosíntesis en el océano es posible en condiciones de luz mucho más bajas y, por lo tanto, puede tener lugar a profundidades mucho mayores de lo que se suponía anteriormente.
La fotosíntesis convierte la luz solar en energía biológicamente aprovechable y constituye la base de toda la vida en nuestro planeta. Sin embargo, hasta ahora, las mediciones de la cantidad de luz necesaria para ello siempre han sido muy superiores al mínimo teórico posible. El estudio muestra que la acumulación de biomasa puede tener lugar realmente con una cantidad de luz cercana a este mínimo.
Imagen: Los sitios de muestreo de MOSAiC y las profundidades alrededor del RV Polarstern durante la primavera de 2020 relevantes para este estudio se ilustran de forma esquemática. Los parámetros biológicos de la capa mixta superior (flechas circulares) se recogieron a 20 m de profundidad mediante rosetas colocadas a través de agujeros en el hielo en Ocean City y junto al RV Polarstern, así como en el sistema de navegación del barco a 11 m de profundidad.
Los investigadores utilizaron para su trabajo datos del proyecto internacional de investigación MOSAiC. En el marco de la expedición, el rompehielos de investigación alemán Polarstern quedó atrapado deliberadamente en el hielo del Ártico central durante un año en 2019 para estudiar el ciclo anual del clima y el ecosistema árticos. El equipo dirigido por la Dra. Clara Hoppe del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI) se centró en estudiar el fitoplancton y las algas del hielo.
Imagen: Balloon-Town y Ocean City con el sol bajo y cables humeantes al fondo en el témpano de hielo MOSAiC. (Foto: Michael Gutsche)
Estos son los responsables de la mayor parte de la fotosíntesis en el Ártico central. Sorprendentemente, las mediciones mostraron que, tan solo unos días después del final de la noche polar, que dura un mes, se había recuperado la biomasa vegetal, para la que la fotosíntesis es absolutamente esencial. Sensores de luz extremadamente sensibles en el hielo y el agua permitieron medir la cantidad de luz disponible.
Los resultados fueron particularmente sorprendentes porque la fotosíntesis en el Océano Ártico tuvo lugar bajo el hielo marino cubierto de nieve, que sólo permite el paso de unos pocos fotones de luz solar incidente: Las microalgas sólo disponían de una cienmilésima parte de la cantidad de luz de un día soleado en la superficie de la Tierra disponible para su crecimiento.
"Es impresionante ver con qué eficacia las algas pueden aprovechar cantidades tan bajas de luz. Esto demuestra una vez más lo bien que los organismos se adaptan a su entorno", afirma Hoppe.
El estudio fue posible gracias a la estrecha colaboración de investigadores de distintas disciplinas. Los investigadores del hielo marino Dr. Niels Fuchs y el Prof. Dirk Notz del Instituto de Investigación Marina de la Universidad de Hamburgo fueron los responsables de combinar las mediciones del campo luminoso con las mediciones biológicas.
Imagen: Janin Schaffer (derecha) bajando la roseta CTD con 12 grandes botellas de agua al océano. Crédito: Alfred-Wegener-Institut / Michael Gutsche (CC-BY 4.0)
"Para poder medir niveles de luz tan bajos en las duras condiciones del invierno ártico, tuvimos que congelar en el hielo, en plena noche polar, instrumentos especiales de nuevo desarrollo", explica Fuchs. Su colega Dirk Notz añade que fue especialmente difícil tener en cuenta las irregularidades en el campo de luz bajo el hielo debido a las variaciones en el espesor del hielo y la nieve. "Pero al final pudimos estar seguros: simplemente no había más luz".
Los resultados del estudio son importantes para todo el planeta. "Aunque nuestros resultados son específicos del océano Ártico, muestran de qué es capaz la fotosíntesis. Si es tan eficiente en las difíciles condiciones del Ártico, podemos asumir que los organismos en otras regiones de los océanos también se han adaptado muy bien", dice Hoppe.
Esto significa que también podría haber suficiente luz para producir energía utilizable y oxígeno a través de la fotosíntesis en zonas más profundas de los océanos, que luego estarían disponibles para los peces, por ejemplo. Por lo tanto, el hábitat fotosintético correspondiente en el océano global podría ser significativamente más grande de lo que se suponía anteriormente.
Los hallazgos se han publicado en la revista Nature Communications: Photosynthetic light requirement near the theoretical minimum detected in Arctic microalgae
