Hvor lyst må det være før alger kan vokse?

2 months ago 17

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Norsk Polarinstitutt - les mer.

I havet blir fotosyntesen i hovedsak utført av alger. Det finnes tusenvis av algearter i havet. Denne er en kiselalge av slekten Nitzschia frigida. (Foto: Philipp Assmy / Norsk Polarinstitutt)

Forskere har oppdaget det hittil laveste lysnivået som alger kan vokse i.

Arktiske alger kan drive fotosyntese omtrent i stummende mørke. Det fremkommer i en ny studie.

Arktiske alger er viktig føde for mange arter. Resultatet av forskningen betyr at disse algene i fremtiden kan produsere mat for hele næringskjeden i større deler av verdenshavene enn hva forskere 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 en prosent av fullt dagslys igjen. De nye resultatene endrer denne oppfatningen.

Vi målte at fotosyntese finner sted under lysforhold som er 100–1.000 ganger lavere enn en prosent av fullt dagslys. Det sier marinbiolog Philipp Assmy fra Norsk Polarinstitutt.

– Fremover bør vi tenke annerledes på potensialet som alger utgjør for livet i Polhavet, sier marinbiolog Philipp Assmy. Her med et planteplanktonnett i Kongsfjorden på Svalbard.

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?

Fotosyntesen regnes som den viktigste biologisk reaksjonen på jorden. Det 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. Det 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.

En forsker sjekker et måleinstrument før det senkes ned i dypet.

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

– 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, forklarer han.

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 lenger 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.

Forskerne 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.

Forskernes ambisjon var å bidra med ny forskning for å bedre klimamodellene. Den tyske isbryteren «Polarstern» i bakgrunnen var hovedskipet under ekspedisjonen.

Lysmålere ble plassert i og under isen. De 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. De viser at alger og planteplankton begynner å vokse straks de får lys igjen selv om det er midt på vinteren.

Forskerne i MOSAiC samlet inn data om atmosfære, hav, havis- og økosystemer i Arktis. Bildet viser en skisse brukt for å beskrive havforskning under ekspedisjonen.

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 hundretusendel 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.

Det sier forsker Clara Hoppe i en pressemelding fra Alfred Wegener Institutt (AWI) i Tyskland. Hun ledet teamet som arbeidet med planteplankton og isalger i prosjektet.

Et skjult matkammer

Professor Jørgen Berge ved UiT Norges arktiske universitet sier resultatene fra studien er viktige. Ikke bare for Polhavet, men for alle marine økosystemer på kloden.

– Hvis fotosyntesen og algene er så effektive under de utfordrende forholdene i Arktis, så må vi kunne anta at organismer andre steder i havet også har tilpasset seg svært godt, sier han.

Berge forteller at 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. Det hele ble ledet fra Alfred Wegener Institutt.

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. Ambisjonen i prosjektet 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.

Kiselalgeslekten <span data-lab-italic="italic" class="italic m-italic">Thalassiosira</span>.

– 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 deltok fysisk under selve ekspedisjonen, i ledelsen av HAVOC-prosjektet og med å analysere data.

Philipp Assmy er klar på at algestudien bør få relevans langt utenfor forskningsverdenen.

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

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

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: Målinger av havisen 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.

Under ekspedisjonen ble det etablert midlertidige forskningsstasjoner på isen.

Når havis smelter, forsvinner også leveområdene til de isavhengige artene, som isalger. 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.

Plantelivet i havet

Forskere tar prøver av isalger som vokser på undersiden av isen. Algelagene kan bli veldig tykke. På grunn av at isalgene er fulle av flerumettede fettsyrer, er de ekstremt næringsrike for andre dyr – de er havets kraftfôr! (Foto: Eva Leu / Norsk Polarinstitutt)

Planteplankton er en samlebetegnelse på flere arter mikroskopiske alger, som alle har klorofyll og driver fotosyntese.
De viktigste faktorene som styrer planteplanktonets liv, er næringstilgangen i vannet og lyset.
Planteplanktonet trives i de øvre vannmassene fordi det her er best tilgang på lyset som de trenger til fotosyntesen.
De fleste planteplankton er prisgitt sirkulasjonen i vannet der de driver viljeløst omkring.
På grunn av den vertikale blandinga av havmassene der næringsrikt vann fra bunnen kommer opp til overflata, varierer tilgangen på næringsstoffer sterkt gjennom sesongen.
Om vinteren overvintrer enkelte arter inne i isen eller på havbunnen, men når lyset kommer tilbake på senvinteren/våren, eksploderer produksjonen av planteplankton i havområdene i og rundt Arktis.
Isalger er mikroskopiske alger som lever i eller på undersiden av isen. Algene som inngår i et isalgesamfunn rekrutteres fra forskjellige områder rundt isen – for eksempel sjøbunnen eller forskjellige nivåer i vannsøyla.
Dersom forholdene ligger til rette for det, kan algemattene under isen bli flere titalls centimeter tykke med algetråder på opptil flere meters lengde – et festmåltid for de dyrene som spiser alger.
Planteplanktonet bruker karbon som kommer fra CO₂ i lufta, og bidrar slik til å fjerne store mengder CO₂ fra atmosfæren.
Det er ikke alt planktonet som blir spist av andre organismer. Noen dør en naturlig død og synker ned til bunnen. Der begraves de og bidrar slik til å lagre CO₂ i uoverskuelig framtid. Dette er en av grunnene til at havet fungerer som et gigantisk karbonlager.

Kilde: Det arktiske system (www.npolar.no)

Referanse:

Clara J.M. Hoppe mfl.: Photosynthetic light requirement near the theoretical minimum detected in Arctic microalgae. Nature Communications, 2024. Doi.org/10.1038/s41467-024-51636-8