Bir dahaki sefere nefes aldığınızda, o oksijenin büyük bir kısmının mikroskobik okyanus alglerinden geldiğini hatırlamakta fayda var. Fotosentez yoluyla oksijen üretme yetenekleri, denize çöken demir tozlarıyla desteklenmektedir.
Rutgers Üniversitesi'nden yapılan ve Ulusal Bilimler Akademisi Bildirilerinde yayınlanan yeni bir çalışma, bu temel sürecin nasıl işlediğine ve Dünya'daki yaşam için neden önemli olduğuna dair daha net bir tablo sunuyor.
Demir ve Okyanusun Oksijen Üreticileri
Deniz fitoplanktonları, okyanus besin ağlarının temelinde yer alan minik alglerdir. Bu organizmalar büyümek ve işlev görmek için hayati bir mikro besin maddesi olan demire ihtiyaç duyarlar. Demir, okyanuslara esas olarak çöllerden ve kurak bölgelerden gelen havada taşınan toz ve buzulların erimesinden kaynaklanan sular yoluyla ulaşır.
Rutgers-New Brunswick'te İşletme ve Doğal Kaynaklar alanında Bennett L. Smith Kürsüsü Başkanı ve çalışmanın ortak yazarlarından Paul G. Falkowski, "Aldığınız her ikinci nefeste, fitoplanktonlardan salınan okyanustan gelen oksijen bulunur" dedi. "Araştırmamız, demirin okyanusun geniş bölgelerinde fitoplanktonların oksijen üretme yeteneğinde sınırlayıcı bir faktör olduğunu gösteriyor."
Yeterli demir olmadığında fotosentez yavaşlar veya tamamen durur. Fotosentez, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürürken oksijen açığa çıkarma sürecidir. Bu süreç aksadığında, fitoplankton daha yavaş büyür, daha az güneş ışığı yakalar ve atmosferden daha az karbondioksit uzaklaştırır.
İklim Değişikliği ve Deniz Yaşamındaki Dolaylı Etkileri
Falkowski'ye göre, artan kanıtlar iklim değişikliğinin okyanus dolaşım modellerini yeniden şekillendirdiğini ve denize ulaşan demir miktarını azalttığını gösteriyor. Düşük demir seviyelerinin insanların nefes almasını engellemeyeceğini belirten Falkowski, bunun deniz ekosistemleri için ciddi sonuçlar doğurabileceğini söyledi.
Falkowski, "Fitoplanktonlar, penguenler, foklar, morslar ve balinalar da dahil olmak üzere Güney Okyanusu'ndaki hemen her hayvan için ana besin kaynağı olan mikroskobik karidesler olan krillerin birincil besin kaynağıdır," dedi. "Demir seviyeleri düştüğünde ve bu üst seviye hayvanlar için mevcut besin miktarı azaldığında, sonuç bu görkemli canlıların sayısının azalması olacaktır."
Bilim insanları on yıllardır demirin fotosentezde kilit bir rol oynadığından şüpheleniyorlardı. Bununla birlikte, önceki araştırmaların çoğu laboratuvar deneylerine dayanıyordu ve bu da sürecin açık okyanusta nasıl gerçekleştiği konusunda önemli soruları gündeme getiriyordu.
Açık Okyanusta Fotosentez Çalışmaları
Gerçek dünya koşullarını daha iyi anlamak için, Falkowski'nin laboratuvarında çalışan Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü'nde yüksek lisans araştırma asistanı olan baş yazar Heshani Pupulewatte, 2023 ve 2024 yıllarında 37 gün boyunca denizde kaldı. Güney Atlantik Okyanusu ve Güney Okyanusu'nu geçerek, Güney Afrika kıyılarından Weddell Girdabı'nın buz bölgesinin kenarına ve geri döndü.
Yolculuk sırasında Pupulewatte, New Brunswick'teki Cook Kampüsü'nde bulunan Falkowski Laboratuvarı'ndan Max Gorbunov tarafından üretilen özel florometreler kullandı. Bu aletler, fotosentez bozulduğunda fitoplankton tarafından salınan enerjiyi yansıtan floresansı ölçüyordu. Ayrıca, fotosentezin yeniden başlayıp başlayamayacağını görmek için toplanan örneklere besin maddeleri ekledi.
"Doğal ortamlarda fitoplanktonun moleküler düzeydeki enerji transfer sürecinde gerçekte neler olup bittiğini öğrenmek istedik," dedi.
Demir kıtlığı enerjiyi nasıl boşa harcar?
Ölçümler, demirin az olduğu durumlarda, ışığı yakalayan proteinlerin %25'inin, bu enerjiyi kullanılabilir kimyasal formlara dönüştüren yapılardan "koptuğunu" gösterdi. Bu kopukluk, fitoplanktonun güneş ışığını ne kadar verimli kullanabileceğini azaltır. Demir tekrar kullanılabilir hale geldiğinde, algler bu sistemleri yeniden bağlayarak enerji kullanımını iyileştirir ve büyümeyi destekler.
"Denizdeki fitoplankton üzerindeki demir stresinin sonuçlarını, moleküler ekstraksiyon yapmak için laboratuvara örnek getirmeye bile gerek kalmadan, denizde gerçekleştirilen floresans ölçümlerini kullanarak gösterdik," dedi. "Böylece, demir sınırlayıcı olduğunda çok daha fazla enerjinin floresans olarak israf edildiğini gösterebildik."
Demirin moleküler ölçekte fotosentezi nasıl kontrol ettiğine dair daha derin bir anlayışın, araştırmacıların okyanus verimliliğindeki değişiklikleri ve küresel karbon döngüsündeki kaymaları daha iyi tahmin etmelerine yardımcı olabileceğini de sözlerine ekledi.
