Lain kali Anda menarik napas, ada baiknya mengingat bahwa sebagian besar oksigen tersebut berasal dari alga laut mikroskopis. Kemampuan mereka untuk menghasilkan oksigen melalui fotosintesis didukung oleh debu besi yang mengendap di laut.
Sebuah studi baru dari Universitas Rutgers, yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences, menawarkan gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana proses penting ini bekerja dan mengapa hal itu penting bagi kehidupan di Bumi.
Besi dan Produsen Oksigen di Lautan
Fitoplankton laut adalah alga kecil yang berada di dasar rantai makanan laut. Organisme ini bergantung pada zat besi, mikronutrien vital, untuk tumbuh dan berfungsi. Zat besi mencapai lautan terutama melalui debu yang terbawa udara dari gurun dan daerah kering, serta melalui air lelehan yang dilepaskan oleh gletser.
“Setiap tarikan napas yang Anda ambil mengandung oksigen dari laut, yang dilepaskan dari fitoplankton,” kata Paul G. Falkowski, pemegang jabatan Bennett L. Smith Chair di bidang Bisnis dan Sumber Daya Alam di Rutgers-New Brunswick dan salah satu penulis studi tersebut. “Penelitian kami menunjukkan bahwa zat besi merupakan faktor pembatas dalam kemampuan fitoplankton untuk menghasilkan oksigen di wilayah laut yang luas.”
Tanpa zat besi yang cukup, fotosintesis melambat atau berhenti sama sekali. Fotosintesis adalah proses mengubah energi cahaya menjadi energi kimia sambil melepaskan oksigen. Ketika proses ini terganggu, fitoplankton tumbuh lebih lambat, menangkap lebih sedikit sinar matahari, dan menghilangkan lebih sedikit karbon dioksida dari atmosfer.
Perubahan Iklim dan Dampak Berantai pada Kehidupan Laut
Menurut Falkowski, semakin banyak bukti menunjukkan bahwa perubahan iklim mengubah pola sirkulasi laut dan mengurangi jumlah zat besi yang masuk ke laut. Meskipun kadar zat besi yang lebih rendah tidak akan mencegah manusia bernapas, katanya, hal itu tetap dapat memiliki konsekuensi serius bagi ekosistem laut.
“Fitoplankton adalah sumber makanan utama bagi krill, udang mikroskopis yang merupakan sumber makanan utama di Samudra Selatan bagi hampir semua hewan, termasuk penguin, anjing laut, walrus, dan paus,” kata Falkowski. “Ketika kadar zat besi menurun dan jumlah makanan yang tersedia untuk hewan-hewan tingkat atas ini berkurang, hasilnya akan berupa berkurangnya jumlah makhluk-makhluk agung ini.”
Para ilmuwan telah menduga selama beberapa dekade bahwa besi memainkan peran kunci dalam fotosintesis. Namun, sebagian besar penelitian sebelumnya bergantung pada eksperimen laboratorium, sehingga menyisakan pertanyaan besar tentang bagaimana proses tersebut berlangsung di lautan terbuka.
Mempelajari Fotosintesis di Laut Terbuka
Untuk lebih memahami kondisi dunia nyata, penulis utama Heshani Pupulewatte, seorang asisten peneliti pascasarjana di Departemen Kimia dan Biologi Kimia yang bekerja di laboratorium Falkowski, menghabiskan 37 hari di laut pada tahun 2023 dan 2024. Ia melakukan perjalanan dengan kapal penelitian Inggris melintasi Samudra Atlantik Selatan dan Samudra Selatan, bergerak dari pantai Afrika Selatan ke tepi zona es Weddell Gyre dan kembali.
Selama perjalanan, Pupulewatte menggunakan fluorometer khusus yang dibuat oleh Max Gorbunov dari Laboratorium Falkowski di Kampus Cook di New Brunswick. Instrumen ini mengukur fluoresensi, yang mencerminkan energi yang dilepaskan oleh fitoplankton ketika fotosintesis terhenti. Dia juga menambahkan nutrisi ke sampel yang dikumpulkan untuk melihat apakah fotosintesis dapat dimulai kembali.
“Kami ingin mengetahui apa yang sebenarnya terjadi pada proses transfer energi di tingkat molekuler fitoplankton di lingkungan alami,” katanya.
Bagaimana Kelangkaan Besi Membuang Energi
Pengukuran menunjukkan bahwa ketika zat besi langka, sebanyak 25% protein yang menangkap cahaya menjadi “terputus” dari struktur yang mengubah energi tersebut menjadi bentuk kimia yang dapat digunakan. Pemutusan hubungan ini mengurangi efisiensi fitoplankton dalam menggunakan sinar matahari. Ketika zat besi tersedia kembali, alga mampu menghubungkan kembali sistem-sistem ini, meningkatkan penggunaan energi dan mendukung pertumbuhan.
“Kami mendemonstrasikan hasil stres zat besi pada fitoplankton di lautan, tanpa perlu membawa kembali sampel ke laboratorium untuk melakukan ekstraksi molekuler menggunakan pengukuran fluoresensi yang dilakukan di laut,” katanya. “Dengan melakukan itu, kami dapat menunjukkan bahwa lebih banyak energi terbuang sebagai fluoresensi ketika zat besi terbatas.”
Pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana zat besi mengendalikan fotosintesis pada skala molekuler dapat membantu para peneliti untuk lebih baik mengantisipasi perubahan produktivitas laut dan pergeseran siklus karbon global, tambahnya.
Leave a Reply