植物の生存に必要な最小限の光量を特定しようと、科学者チームが北極の氷の中にボートを1年間閉じ込めました。収集されたデータから、一部の植物種はこれまで観測されたものよりもはるかに低い光量で光合成を行えることが明らかになりました。
科学者たちは長年、地球上の生命を維持する化学反応に必要な太陽光の理論的な最小量を計算してきましたが、これまでその閾値に近い値を示す生物は観察されていませんでした。今回の発見は、これまで立ち入り禁止とされていた海域にも生命が存在する可能性があることを示唆しています。
「藻類がこれほど少ない光をいかに効率的に利用できるかは、非常に印象的です」と、研究チームを率いたアルフレッド・ウェゲナー研究所の海洋地質学者クララ・ホッペ氏は声明で述べた。「これは、生物がいかに環境に適応しているかを改めて示すものです。」
光合成に必要な微量の光についてさらに詳しく調べるため、ホッペ氏と同僚たちは、2019年9月から1年間、北極の氷の中に研究船「ポーラーシュテルン」を停泊させた。研究チームは船内と、近くに設営したテントで生活し、氷とともに漂流した。その間、彼らは光合成による炭素生成量と、氷と水中の光量を測定した。
Nature Communications 誌に掲載された研究論文の中で、ホッペ氏らは、海洋における光合成は太陽光が届く水面の最上部でのみ起こると指摘している。その領域の最も低い部分は、水面全体の太陽光のわずか1%しか受けないが、先行研究では、少なくとも理論的には、さらに光が少ない環境でも光合成が起こり得ることが明らかになっている。しかし、低光量環境に適応したほとんどのアイスアルジーでさえ、その閾値を超える光量を必要とする。
北極付近で太陽が全く輝かない数ヶ月にわたる極夜の間、植物プランクトンと藻類は炭素を全く生成しませんでした。これは光合成が行われていないことを示していました。これは予想通りのことでした。しかし、驚くべきは、生物がいかに早く回復したかです。北極では光量がまだ非常に低い3月中旬には、植物は開花していました。光子がわずかしか届かない雪に覆われた氷の真下に生息する生物でさえ、成長を始めることができました。光量は非常に低く、地上で人間が明るい日に受ける太陽光の約10万分の1パーセントしかありませんでした。
この研究は北極の特定の海域に焦点を当てているが、ホッペ氏は、この研究結果から、世界の他の海域でも生物が低光量環境に適応してきたという仮説が立てられると述べた。これは、以前は生息不可能と考えられていた海域にも酸素や魚の餌が存在することを意味する可能性がある。
17世紀に発見されたにもかかわらず、科学者たちは今も光合成の仕組みを隅々まで解明し続けています。酸素はこのプロセスの副産物です。息を止めて呼吸したことがある人なら誰でもわかるように、酸素は人間が死なないために不可欠な要素です。光合成は植物が大気中の炭素を除去する上で重要な役割を果たしているため、地球上の生命にとってこの基本的なプロセスを理解することはますます重要になっています。
