Зелёные растения — одни из главных основ жизни на Земле. Они превращают энергию, падающую на них в форме солнечного света, в энергию, запасённую в углеводах. Этот сложный химический процесс преобразования энергии видимого света в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов называется фотосинтезом. Другие живые организмы получают доступ к этой энергии, поедая растения. То есть, с растений начинаются пищевые цепи, поддерживающие в итоге жизнь и планетарную экосистему. Кроме того, воздух, которым мы дышим, благодаря фотосинтезу насыщается кислородом

При всей важности фотосинтеза учёные долго не приступали к его изучению, особенно в Мировом океане, где уникальный процесс может происходить только в верхнем эвфотическом слое – слое, куда проникают солнечные лучи. То есть, знания о протяжённости и глубине эвфотической зоны важны для понимания активности биогеохимических циклов в водоёмах. Несмотря на эту важность, сведения о ней минимальны. Команда европейских учёных из Центра полярных и морских исследований Гельмгольца, Шведского метеорологического и гидрологического института, Арктического университет Норвегии и других учреждений решила устранить этот пробел.

Экспедиционное судно «MOSAiC» с февраля по апрель 2020 года дрейфовало вместе с морским льдом от 88° с.ш. до 84° с.ш. Регулярно производился отбор проб водяного столба, включая бурение морского льда до поверхности воды (керны тоже анализировались). После анализа проб учёным пришлось удивиться: они обнаружили, что микроводоросли в Северном Ледовитом океане на глубине до 50 метров могут осуществлять фотосинтез в темноте! Обычно растения в подобной ситуации погибают, но эти крошечные диатомовые водоросли (изучались Nitzschia и Navicula) начали фотосинтез в конце марта – всего через несколько дней после окончания долгой полярной ночи: солнце только поднималось над горизонтом, и море ещё было покрыто льдом, почти не пропуская свет. Если сравнить новые данные с предыдущими наблюдениями, то известный порог освещённости, при котором возможен фотосинтез, снизился в 4 раза и приблизился к теоретическому минимуму.

Результаты исследования доказывают, что эволюция уникально оптимизировала эффективность фотосинтеза: «Наше открытие — фотосинтез может происходить при очень низком уровне освещённости — имеет большое значение для понимания и количественной оценки процессов, определяющих состояние экосистем океана и активности биогеохимических циклов на глубине. При этом не только в Арктике, но и, возможно, во всех морских средах обитания, где освещённость ограничена».

На практике это может означать следующее. Во-первых, раскрытие тайн выживания водорослей в темноте может ускорить фотосинтез сельскохозяйственных растений и продлить их вегетационный период, особенно в высоких широтах. Во-вторых — это перспектива будущего: возможность эффективного выращивания зелени в космосе, где необходимы высокоэффективные способы производства пищи с минимальными затратами энергии.