Hvor lyst må det være før alger kan vokse?

Arktiske alger kan drive fotosyntese omtrent i stummende mørke. Det fremkommer i en ny studie publisert i tidsskriftet Nature Communications.

Resultatet av forskningen betyr at arktiske alger, som er viktig føde for mange arter, i fremtiden kan produsere mat for hele næringskjeden i større deler av verdenshavene enn hva vitenskapen til nå har trodd.

Laveste lysnivået som er observert

Den generelle oppfatningen har vært at fotosyntese bare kan foregå så dypt at det minimum må være omtrent 1 % av fullt dagslys igjen. De nye resultatene endrer denne oppfatningen.

Vi målte at fotosyntese finner sted under lysforhold som er 100-1000 ganger lavere enn 1 % av fullt dagslys, sier marinbiolog og medforfatter Philipp Assmy fra Norsk Polarinstitutt.

Dette er det hittil laveste lysnivået der det er observert at alger har en aktiv fotosyntese og vokser. For oss mennesker vil dette oppleves som mer eller mindre helt mørkt.

Målingene ble gjort under MOSAiC-ekspedisjonen ved 88 grader nord, i slutten av mars måned. På denne tida av året er sola så vidt over horisonten.

Hva er fotosyntese? 

Det er forskning av stor betydning som legges frem. Fotosyntesen regnes som den viktigste biologisk reaksjonen på jorden, og betyr strengt tatt å bygge noe ved hjelp av lys. Fotosyntese er uomtvistelig grunnlaget for næringskjeden og alt liv i havet så vel som på landjorda. Alle organismer på land og i havet er avhengige av fotosyntese for å overleve, vokse og formere seg.

I havet blir fotosyntesen i hovedsak utført av alger. I Polhavet er algene det første leddet i næringskjeden, som betyr at de danner grunnlaget for hele det marine økosystemet. Alger blir gjerne kalt for havets gress fordi de er viktig mat for større organismer som beiter på dem. Små krepsdyr spiser alger, som igjen blir spist av større dyr som fisk og fugler. Lenger oppe i næringskjeden er rovdyrene som sel, hval og isbjørn.

I islagte farvann finnes i hovedsak mikroskopiske isalger og planteplankton, forteller Assmy.

– Isalger lever inne i isen eller vokser på undersiden av isen mens planteplankton svever fritt rundt i vannmassene. Når tilstrekkelig med lys slipper gjennom isen våkner isalger og planteplankton til live igjen etter polarnatten.

Effektive alger  

Det er ingen dans på roser å være alge i Polhavet. Algene trenger altså et minimum av lys for å eksistere, men de lever under ekstreme vilkår. Størsteparten av året er det tilnærmet helt mørkt, og jo lengre ned i havdypet man kommer, jo mørkere blir det.

Når vårsolen titter frem på himmelen, stenger is og snø grundig for sola og lar bare en ørliten mengde lys slippe ned i havet.

MOSAiC utviklet måleinstrumenter som kunne fryses inn i isen og tåle de værharde forholdene, for å måle de lave lysnivåene under polisen i den arktiske senvinteren.

Lysmålere som ble plassert i og under isen viste at algene begynte å vokse bare noen dager etter at den lange polarnatten var slutt og solen så vidt var tilbake. Observasjonen er i tråd med tidligere resultater fra Svalbard som viser at alger og planteplankton begynner å vokse straks de får lys igjen, selv om det er midt på vinteren.

Etter en del usikkerhet på grunn av variasjoner i istykkelse og snø, kunne forskerne konstatere at fotosyntesen og algeveksten virkelig fant sted ved så lave lysmengder.

– Mikroalgene hadde omtrent bare en hundre tusendel av lysmengden på en solrik dag på jordens overflate tilgjengelig for vekst. Det er veldig imponerende å se hvor effektivt algene kan utnytte så lave lysmengder. Dette viser nok en gang hvor godt organismer er tilpasset miljøet sitt, sier forsker Clara Hoppe i en pressmelding fra Alfred Wegener Institutt (AWI) i Tyskland. Hun ledet teamet under MOSAiC som arbeidet med planteplankton og isalger.

Et skjult matkammer

Resultatene fra studiet er viktige, ikke bare for Polhavet, men for alle marine økosystemer på kloden, uttaler professor og medforfatter i studiet, Jørgen Berge ved UiT Norges arktiske universitet. 

– Hvis fotosyntesen og algene er så effektiv under de utfordrende forholdene i Arktis, så må vi kunne anta at organismer andre steder i havet også har tilpasset seg svært godt. Dette betyr at fotosyntetiske alger kan vokse og produsere mat for hele næringskjeden mye dypere og i en mye større del av verdenshavene enn det vi har vært klar over.

MOSAiC-ekspedisjonen pågikk gjennom et helt år i det sentrale Polhavet med den tyske isbryteren «Polarstern» som hovedskip, og ble ledet av AWI.  Målet for ekspedisjonen var å samle inn data om atmosfære, hav, havis- og økosystemer for å øke kunnskapen om klimaendringene i Arktis. Bakteppet var det faktum at klimamodellene ikke har klart å holde tritt med de raske endringene som skjer i Arktis. MOSAiC sin ambisjon var å bidra med ny forskning som kan stille bedre prognoser for klodens klima.

Et tverrfaglig samarbeid mellom forskere innen biologi, fysikk, meteorologi, og oseanografi og fra ulike land og institusjoner, gjorde forskningen mulig.

– Bør få relevans langt utenfor forskningsverdenen

Etter at «Polarstern» klappet til kai sommeren 2020 har forskere arbeidet på spreng med å analysere data som ble samlet inn i isødet. Norsk Polarinstitutt var tungt inne i arbeidet, både med fysisk deltakelse under selve ekspedisjonen, i ledelsen av HAVOC-prosjektet og med mange forskningsressurser i sving for å analysere data.

Philipp Assmy er klar på at algestudiet fra MOSAiC-ekspedisjonen som nå presenteres bør få relevans langt utenfor forskningsverdenen.  

– At alger har en nøkkelrolle i Polhavet vet vi fra før, men dette studiet gjør at vi fremover bør tenke annerledes på potensialet som alger utgjør for livet i Polhavet.

Skjær i sjøen

En potensiell høyere biomasse i havet som følge av tilpasningsdyktige alger er gode nyheter for resten av næringskjeden. Men det er skjær i sjøen: Havismålinger viser at isen i Arktis har krympet med hele 40 prosent siden slutten av 1970-tallet på grunn av global oppvarming.

Enkelte forskere mener de første årene uten havis i Polhavet om sommeren kan komme allerede rundt 2050. 

Når havis smelter, forsvinner også leveområdene til de isavhengige artene, som isalger, mens frittsvevende planteplankton er mer beskyttet. Og når det totale algesamfunnet krymper får det konsekvenser for dyrene som lever av algene. Økosystemet i Polhavet kjennetegnes ved korte næringskjeder som involverer få arter, det vil si at det er få ledd fra artene nederst til rovdyrene øverst. Derfor er livet i Polhavet sårbart, om noe går galt i et ledd finnes det ikke så mange alternative matkilder for de som lever i leddet over.

– Det er mange grunner for at vi fremover må øke innsatsen for å finne svar på hvordan vi skal ta vare på algene i Polhavet, sier Philipp Assmy.

Kilder:

Clara J.M. Hoppe, Niels Fuchs, Dirk Notz, Philip Anderson, Philipp Assmy, Jørgen Berge, Gunnar Bratbak, Gaël Guillou, Alexandra Kraberg, Aud Larsen, Benoit Lebreton, Eva Leu, Magnus Lucassen, Oliver Müller, Laurent Oziel, Björn Rost, Bernhard Schartmüller, Anders Torstensson, Jonas Wloka: Photosynthetic light requirement near the theoretical minimum detected in Arctic microalgae, Nature Communications (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-51636-8

www.awi.de

https://www.wwf.no/dyr-og-natur/tiltak-og-avtaler-for-%C3%A5-beskytte-naturen/naturlig-karbonlagring

https://www.forskning.no/arktis-framsenteret-klimaendringer/forskerne-i-polhavet-fikk-bingo-i-alger-det-vil-gi-ny-kunnskap-om-grunnlaget-for-alt-liv-i-havet/2223836