الأكسجين الذي تتنفسه قد يعتمد على غبار الحديد المتساقط في المحيط

يستخدم علماء البحار في جامعة روتجرز أدوات طورتها نيوجيرسي لقياس مدى تأثير نقص الحديد في العوالق النباتية في المحيط الجنوبي على كفاءة التمثيل الضوئي وإبطاء تحويل الضوء إلى أكسجين.

ومع أنفاسك القادمة، تذكر أن المحيط يساعد في تحقيق ذلك. تقوم الطحالب الصغيرة التمثيل الضوئي، وفي كثير من المناطق يعتمد عملها على الغبار الغني بالحديد الذي يصل إلى مياه البحر.

جديد جامعة روتجرز دراسة نشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم يلقي نظرة فاحصة على كيفية عمل هذه العملية الأساسية وسبب أهمية الحديد.

يعد الحديد من المغذيات الدقيقة الحيوية للعوالق النباتية البحرية، والطحالب المجهرية التي تتواجد في قاعدة الشبكات الغذائية في المحيطات. ويصل الكثير من هذا الحديد إلى المحيط على شكل غبار تحمله الرياح من الصحاري والمناظر الطبيعية الجافة الأخرى، ويأتي أيضًا من المياه الجليدية الذائبة.

وقال بول ج. فالكوفسكي، رئيس قسم الأعمال والموارد الطبيعية في جامعة روتجرز-نيو برونزويك والمؤلف المشارك للدراسة: “كل نفس آخر تأخذه يحتوي على الأكسجين من المحيط، المنبعث من العوالق النباتية”. “يظهر بحثنا أن الحديد هو عامل يحد من قدرة العوالق النباتية على إنتاج الأكسجين في مناطق واسعة من المحيط.”

عندما ينخفض ​​الحديد

عندما تنخفض مستويات الحديد أو تختفي، تتباطأ عملية التمثيل الضوئي أو يمكن أن تتوقف تمامًا. تصبح عملية التمثيل الضوئي – عملية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية، مع الأكسجين كمنتج ثانوي – أقل فعالية، مما قد يحد من نمو العوالق النباتية. كما أنه يقلل من كفاءة استخدام ضوء الشمس وسحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

وقال فالكوفسكي إن الأدلة تشير إلى أن تغير المناخ يعيد تشكيل دوران المحيطات بطرق قد تفعل ذلك تقليل كمية الحديد يصل إلى البحر. وأضاف أن الناس سيظلون قادرين على التنفس بشكل طبيعي، لأن انخفاض الحديد في المحيطات لن يتسبب في اختناق البشر. ومع ذلك، قال إن هذا التحول قد يكون له عواقب وخيمة على النظم البيئية البحرية.

وقال فالكوفسكي: “إن العوالق النباتية هي المصدر الرئيسي لغذاء الكريل، والروبيان المجهري الذي يعد المصدر الرئيسي للغذاء في المحيط الجنوبي لكل الحيوانات تقريبًا، بما في ذلك طيور البطريق والفقمات والفظ والحيتان”. “عندما تنخفض مستويات الحديد وتقل كمية الطعام المتاحة لهذه الحيوانات ذات المستوى الأعلى، ستكون النتيجة عددًا أقل من هذه المخلوقات المهيبة.”

لقد اشتبه الباحثون منذ فترة طويلة في أن الحديد ضروري لعملية التمثيل الضوئي، ولكن لا يُعرف سوى القليل عن كيفية تأثر العملية في الطبيعة. وقد أجريت معظم الدراسات السابقة في المختبر فقط.

ولمعالجة هذه الفجوة، أمضى هيشاني بوبيوات، وهو باحث مساعد في قسم الكيمياء والبيولوجيا الكيميائية يجري بحثًا في مختبر فالكوفسكي والمؤلف الرئيسي للدراسة، 37 يومًا في عامي 2023 و2024 على متن سفينة أبحاث بريطانية تبحر عبر جنوب المحيط الأطلسي والمحيط الجنوبي، وتغطي مقطعًا من ساحل جنوب إفريقيا إلى منطقة الجليد الهامشية في Weddell Gyre ذهابًا وإيابًا.

رؤية تعثر عملية التمثيل الضوئي في الوقت الحقيقي

باستخدام مقاييس التألق المخصصة التي صممها ماكس جوربونوف من مختبر فالكوفسكي في حرم كوك الجامعي في نيو برونزويك، اختبر بوبيوات عينات من أجل التألق – وهو مقياس للطاقة التي تعيد العوالق النباتية إطلاقها عندما تنهار عملية التمثيل الضوئي. ثم أضافت العناصر الغذائية إلى العينات التي تم جمعها على طول الطريق لتحديد ما إذا كان ذلك يمكن أن يعيد عملية التمثيل الضوئي.

وقالت: “أردنا أن نعرف ما يحدث بالفعل لعملية نقل الطاقة على المستوى الجزيئي للعوالق النباتية في البيئات الطبيعية”.

ما وجدته هو أن الحد من الحديد يتسبب في أن يصبح ما يصل إلى 25% من بروتينات حصاد الضوء “منفصلة” عن مراكز إنتاج الطاقة، مما يقلل بشكل فعال من تحويل الطاقة. عندما يتم إعادة إمداد الحديد، تقوم العوالق النباتية بإعادة ربط أنظمة حصاد الضوء الداخلية الخاصة بها، مما يحسن كفاءتها وإمكاناتها للنمو.

وقالت: “لقد أظهرنا نتائج إجهاد الحديد على العوالق النباتية في المحيط، دون حتى إعادة العينات إلى المختبر لإجراء عمليات الاستخراج الجزيئي باستخدام قياسات التألق التي تم إجراؤها في البحر”. ومن خلال القيام بذلك، تمكنا من إظهار أن الكثير من الطاقة يتم إهدارها على شكل فلورة عندما يكون الحديد في حدوده.”

وأضافت أن فهم كيفية تأثير الحديد على عملية التمثيل الضوئي على المستوى الجزيئي يمكن أن يساعد العلماء على التنبؤ بإنتاجية المحيطات المستقبلية ودورات الكربون العالمية.

المرجع: “اقتران طاقة الإثارة بالكيمياء الضوئية في مجتمعات العوالق النباتية البحرية الطبيعية تحت ضغط الحديد” بقلم هيشاني بوبولوات، مكسيم واي. جوربونوف، سي. مارك مور، كورداي آر. سيلدن، توماس جيه. ريان-كيو، جو فوربي، روث هاولي، مايف سي. لوهان، توماس إس بيبي وبول جي. فالكوفسكي، 29 يوليو 2025، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2511916122

التمويل: مجلس أبحاث البيئة الطبيعية، قسم العلوم والابتكار

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.