Την επόμενη φορά που θα πάρετε μια ανάσα, σκεφτείτε ότι ένα μεγάλο μέρος αυτού του οξυγόνου προέρχεται από μικροσκοπικά φύκια των ωκεανών. Η ικανότητά τους να παράγουν οξυγόνο μέσω της φωτοσύνθεσης υποστηρίζεται από τη σκόνη σιδήρου που κατακάθεται στη θάλασσα.
Μια νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο Rutgers, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences, προσφέρει μια σαφέστερη εικόνα για το πώς λειτουργεί αυτή η απαραίτητη διαδικασία και γιατί είναι σημαντική για τη ζωή στη Γη.
Σίδηρος και οι παραγωγοί οξυγόνου των ωκεανών
Το θαλάσσιο φυτοπλαγκτόν είναι μικροσκοπικά φύκια που βρίσκονται στη βάση των τροφικών πλεγμάτων των ωκεανών. Αυτοί οι οργανισμοί βασίζονται στον σίδηρο, ένα ζωτικής σημασίας μικροθρεπτικό συστατικό, για να αναπτυχθούν και να λειτουργήσουν.
Ο σίδηρος φτάνει στους ωκεανούς κυρίως μέσω της αερομεταφερόμενης σκόνης από ερήμους και ξηρές περιοχές, καθώς και μέσω των υδάτων που προέρχονται από το λιώσιμο των παγετώνων.
«Κάθε δεύτερη ανάσα που παίρνετε περιέχει οξυγόνο από τον ωκεανό, το οποίο απελευθερώνεται από το φυτοπλαγκτόν», δήλωσε ο Paul G. Falkowski, κάτοχος της έδρας Bennett L. Smith στις Επιχειρήσεις και τους Φυσικούς Πόρους στο Πανεπιστήμιο Rutgers-New Brunswick και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
«Η έρευνά μας δείχνει ότι ο σίδηρος αποτελεί περιοριστικό παράγοντα στην ικανότητα του φυτοπλαγκτού να παράγει οξυγόνο σε τεράστιες περιοχές του ωκεανού».
Χωρίς αρκετό σίδηρο, η φωτοσύνθεση επιβραδύνεται ή σταματά εντελώς.
Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε χημική ενέργεια, ενώ παράλληλα απελευθερώνεται οξυγόνο. Όταν αυτή η διαδικασία εξασθενεί, το φυτοπλαγκτόν αναπτύσσεται πιο αργά, δεσμεύει λιγότερο ηλιακό φως και απομακρύνει λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα.
Κλιματική αλλαγή και αλυσιδωτές επιπτώσεις στη θαλάσσια ζωή
Σύμφωνα με τον Falkowski, αυξανόμενα στοιχεία υποδηλώνουν ότι η κλιματική αλλαγή αναδιαμορφώνει τα μοτίβα κυκλοφορίας των ωκεανών και μειώνει την ποσότητα σιδήρου που φτάνει στη θάλασσα.
Αν και τα χαμηλότερα επίπεδα σιδήρου δεν θα εμποδίσουν τους ανθρώπους να αναπνέουν, δήλωσε ο ίδιος, θα μπορούσαν ωστόσο να έχουν σοβαρές συνέπειες για τα θαλάσσια οικοσυστήματα.
«Το φυτοπλαγκτόν είναι η πρωταρχική πηγή τροφής για το κριλ, τις μικροσκοπικές γαρίδες που αποτελούν την κύρια πηγή τροφής στον Νότιο Ωκεανό για σχεδόν κάθε ζώο, συμπεριλαμβανομένων των πιγκουίνων, των φωκιών, των ιππόκαμπων και των φαλαινών», δήλωσε ο Falkowski.
«Όταν τα επίπεδα σιδήρου πέφτουν και η ποσότητα της διαθέσιμης τροφής για αυτά τα ζώα ανώτερου επιπέδου μειώνεται, το αποτέλεσμα θα είναι ο περιορισμών του πληθυσμού των σημαντικών αυτών πλασμάτων».
Οι επιστήμονες υποψιάζονταν εδώ και δεκαετίες ότι ο σίδηρος παίζει καθοριστικό ρόλο στη φωτοσύνθεση.
Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος της προγενέστερης έρευνας βασιζόταν σε εργαστηριακά πειράματα, αφήνοντας σημαντικά ερωτήματα σχετικά με το πώς εξελίσσεται η διαδικασία στον ανοιχτό ωκεανό.
Μελετώντας τη φωτοσύνθεση στον ωκεανό
Για την καλύτερη κατανόηση των συνθηκών στον πραγματικό κόσμο, η επικεφαλής συγγραφέας Heshani Pupulewatte, μεταπτυχιακή ερευνήτρια στο Τμήμα Χημείας και Χημικής Βιολογίας που εργάζεται στο εργαστήριο του Falkowski, πέρασε 37 ημέρες στη θάλασσα το 2023 και το 2024.
Ταξίδεψε με ένα βρετανικό ερευνητικό σκάφος στον Νότιο Ατλαντικό και στον Νότιο Ωκεανό, ξεκινώντας από τις ακτές της Νότιας Αφρικής μέχρι την άκρη της παγωμένης ζώνης του Γύρου Weddell και πίσω.
Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, η Pupulewatte χρησιμοποίησε εξατομικευμένα φθοριόμετρα που κατασκευάστηκαν από τον Max Gorbunov από το εργαστήριο Falkowski στο Cook Campus του New Brunswick.
Αυτά τα όργανα μέτρησαν τον φθορισμό, ο οποίος αντανακλά την ενέργεια που απελευθερώνεται από το φυτοπλαγκτόν όταν η φωτοσύνθεση καταρρέει. Η ίδια πρόσθεσε επίσης θρεπτικά συστατικά σε δείγματα που συλλέχθηκαν για να διαπιστώσει εάν η φωτοσύνθεση θα μπορούσε να επανεκκινηθεί.
«Θέλαμε να μάθουμε τι συμβαίνει πραγματικά στη διαδικασία μεταφοράς ενέργειας σε μοριακό επίπεδο στο φυτοπλαγκτόν σε φυσικά περιβάλλοντα», δήλωσε η ίδια.
Πώς οι ελλείψεις σιδήρου σπαταλούν ενέργεια
Οι μετρήσεις έδειξαν ότι όταν ο σίδηρος σπανίζει, έως και το 25% των πρωτεϊνών που δεσμεύουν το φως «αποσυνδέονται» από τις δομές που μετατρέπουν αυτή την ενέργεια σε χρησιμοποιήσιμες χημικές μορφές.
Αυτή η αποσύνδεση μειώνει την αποτελεσματικότητα με την οποία το φυτοπλαγκτόν μπορεί να αξιοποιήσει το ηλιακό φως. Όταν ο σίδηρος γίνει ξανά διαθέσιμος, τα φύκια είναι σε θέση να επανασυνδέσουν αυτά τα συστήματα, βελτιώνοντας την αξιοποίηση ενέργειας και υποστηρίζοντας την ανάπτυξή τους.
«Αποδείξαμε τα αποτελέσματα της έλλειψης σιδήρου στο φυτοπλαγκτόν στον ωκεανό, χωρίς καν να μεταφέρουμε δείγματα πίσω στο εργαστήριο για να πραγματοποιήσουμε μοριακές εκχυλίσεις, χρησιμοποιώντας μετρήσεις φθορισμού που έγιναν εν πλω», δήλωσε η ίδια. «Με αυτόν τον τρόπο μπορέσαμε να δείξουμε ότι πολύ περισσότερη ενέργεια σπαταλάται ως φθορισμός όταν ο σίδηρος είναι περιορισμένος».
Μια βαθύτερη κατανόηση του πώς ο σίδηρος ελέγχει τη φωτοσύνθεση σε μοριακή κλίμακα θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να προβλέψουν καλύτερα τις αλλαγές στην παραγωγικότητα των ωκεανών και τις μετατοπίσεις στον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα, πρόσθεσε.