Myten om koraller som kräver obegränsade mängder ljus
Av Dana Riddle
Jag hade nöjet att bo på den stora ön Hawaii i nästan två decennier och tog varje tillfälle i akt att studera de naturliga reven där (se figur 1.) Ett av mina projekt involverade bestämning av ljus som krävs av fotosyntetiska koraller (notera: Obligatorisk kontra tolereras.)
Figur 1. Denna grunda tidvattenpool, bara centimeter djup, innehåller vackra hawaiianska koraller. Experiment utfördes på djur som hittats här.
På den tiden var det relativt enkelt att få tillstånd som krävdes av staten Hawaii, och när dessa väl var i handen kunde projektet fortsätta. Bestämning av fotosynteshastigheter kräver all utrustning som normalt finns i ett vått labb, plus några högt specialiserade instrument.
Den första av dessa är en kvalitativ kvantmätare (eller PAR) (diskuteras i detalj i del II av den här serien.) Den andra är en pulsamplitudmodulations(PAM) fluorometer (se figur 2.)
Figur 2. Detta instrument, som kallas en fluorometer, kan bestämma fotosynteshastigheter i växter, alger och zooxantheller.
I ett nötskal övervakar detta instrument hur ljus används eller bortskaffas under fotosyntesprocessen och involverar mätning av klorofyllfluorescens. Det kan avgöra om ljus används i fotokemi, eller sprids som värme, eller skingras genom naturliga skyddscykler. Det ligger långt utanför ramen för denna artikel att diskutera dessa vägar.
Det räcker med att säga att vi inom sammanhanget här är intresserade av hur mycket ljus som krävs för att maximera fotosyntesen inom de zooxantheller som finns i koraller på grunt vatten.
Det är vanligt bland många att tro att zooxantheller som finns i många grunt vattenkoraller har en obegränsad förmåga att absorbera ljus och använda det i fotosyntesprocessen. När allt kommer omkring är det lätt att hitta bilder av koraller som helt framträder under lågvatten och som sprängs av fullt solljus. Det får oss att tro att mer ljus måste vara bättre!
När vi studerar fotosyntes finns det några saker vi behöver veta. Ljus (i form av fotoner) kan absorberas av fotopigment (som typer av klorofyll, peridinin, etc.) och följaktligen strömma genom de två fotosystemen och vidare i form av elektroner. Andra punkter att förstå – det krävs en minsta mängd ljus (kallas Kompensationspunkt, där syreproduktionen tillgodoser andningsbehoven hos koralldjuret och symbionterna.)
Nästa milstolpe är Mättnadspunkt där fotosynteshastigheten är maximal och en ökning av ljusintensiteten inte kommer att resultera i en högre hastighet. Den tredje punkten är Dynamisk fotoinhibition – det skyddar mot starkt ljus och involverar Xantofyllcykeln. Det är en naturlig process.
För denna artikels syften är vi mest oroade över antalet fotoner (ljusintensitet – PPFD eller PAR) som överstiger kompensationspunkten, möter och överskrider mättnadspunkten och hur dynamisk fotoinhibition påverkar fotosynteshastigheten.
Två steniga korallarter valdes ut för dessa experiment. Den första var Porites lobata (vanligen kallad Lobe Coral) och 'SPS'-korallen Pocillopora damicornis (Vårtkorallen.) Resultaten var jämförbara, och vi kommer endast att diskutera de i proceduren som involverar P. lobata.
Figur 3 visar resultaten.
Figur 3. Maximal fotosyntes i zooxanthellerna i denna Porites steniga korall uppnåddes vid cirka 200 µmol·m²·sek. Vid 350 µmol·m²·sek var fotosynteshastigheten ungefär den som sågs vid 75 µmol·m²·sek!
En noggrann undersökning av figur 3 avslöjar att den maximala fotosynteshastigheten (mättnad) uppnåddes vid en ljusintensitet på ~200 µmol·m²·sek och dynamisk fotoinhibering kom in i bilden kort därefter.
Meddelandet om att ta hem är detta: Dessa Porites koraller som lever i vatten som bara är några centimeter djupa krävde bara en bråkdel av den ljusintensitet de kommer att uppleva. Deras zooxanthellae kommer att ha en maximal fotosynteshastighet tidigt på morgonen, och deras naturliga skyddsanordningar (Xanthophyll Cycle) kommer in i spel mitt på morgonen och skyddar dem tills ljusintensiteten sjunker på sen eftermiddag (förutsatt att det är soligt hela dagen) .)
Andra experiment tyder på att de flesta koraller kräver lägre ljusintensiteter för att uppnå maximala fotosynteshastigheter.
Nästa gång ska vi titta på ljuskraven för en korall som ofta finns i revakvarier – Acropora arter.
https://orphek.com/lighting-the-reef-aquarium/
https://orphek.com/lighting-the-reef-aquarium-part-ii/