Η βιοφωταύγεια στους ωκεανούς αποτυπώνεται από τον δορυφόρο NOAA-NASA Suomi NPP

Σε παλαιότερο άρθρο μας είχαμε αναφερθεί αναλυτικά για το φαινόμενο της βιοφωταύγειας ή βιοφωτισμού  (bioluminescence) ο οποίος παρουσιάζεται σε πολλές βιοομάδες πολύ διαφορετικές μεταξύ τους όπως τα βακτήρια, οι μύκητες, οι πυγολαμπίδες (και άλλα κολεόπτερα) καθώς και σε διάφορους θαλάσσιους οργανισμούς.  Το φαινόμενο του βιοφωτισμού ή της βιοφωταύγειας έχει πολλά χακτηριστικά παρόμοια με το Βόρειο Σέλας. Οι χρωματισμοί του μπλε και του πράσινου στον ουρανό δημιουργούν ένα από τα πιο χαρακτηριστικά τοπία , ενω το ίδιο φαινόμενο μπορεί να εντοπιστεί και στις ακτές της θάλασσας καθώς πολλοί θαλάσσιοι οργανισμοί, όπως βακτήρια και πλανγκτόν μπορούν να φωτίσουν το σκοτάδι, χάρη στις χημικές ενώσεις που περιέχουν.

https://www.facebook.com/watch/?v=2076320782694340

Το παραπάνω θέαμα είναι πολύ διαδεδομένο τις νύχτες στη Μαύρη Θάλασσα αλλά και σε όλες σχεδόν τις παραλίες των τροπικών και εξωτικών προορισμών με το  το εντυπωσιακό και μαγευτικό λαμπύρισμα των νερών.  Όσο παραμυθένιο είναι το θέαμα, άλλο τόσο πεζή είναι η επιστημονική εξήγηση των “διαμαντιών” στην επιφάνεια της θάλασσας. Αυτό που κάνει τα νερά να φωσφορίζουν τόσο υπερφυσικά είναι απλά φύκια και θαλάσσιοι μικροοργανισμοί. Το  φυσικό αυτό φαινόμενο , η  βιοφωταύγεια προκαλείται από έμβιους οργανισμούς με τη βοήθεια μιας χημικής αντίδρασης. καθώς αιτία της φωτοβολίας αυτής των ζωντανών οργανισμών είναι η οξείδωση της πρωτεΐνης λουκιφερίνης. Αυτή η βιοχημική αντίδραση απαιτεί τριφωσφάτη αδενοσίνη (ΑΤP), που καταλύεται από τη λουκιφεράση. Στα φύκια, όταν το νερό γίνει πιο όξινο ή όταν τα κύματα επηρεάσουν την κυτταρική μεμβράνη τους  προκαλείται μια σειρά χημικών αντιδράσεων οι οποίες τελικά οδηγούν τους οργανισμούς αυτούς να φωσφορίζουν.

Ο ΒΙΟΦΘΟΡΙΣΜΟΣ

Εκτός από τη βιοφωταύγεια, που προέρχεται από εσωτερικές χημικές αντιδράσεις, υπάρχει και ο βιοφθορισμός, που πυροδοτείται από κάποιον εξωτερικό παράγοντα, όπως ο φωτισμός του οργανισμού με κάποιο συγκεκριμένο μήκος κύματος. Για παράδειγμα, τα κοράλια στον Ματωμένο Κόλπο, στα νησιά Κέιμαν, εμφανίζονται κόκκινα, πράσινα ή πορτοκαλί, ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός στο οποίο εκτίθενται και το οποίο αλλάζει σημαντικά την εμφάνιση τόσο των κοραλιών, όσο και των ψαριών και ανεμώνων που ζουν εκεί. Το φως συγκεκριμένου μήκους κύματος απορροφάται και διεγείρει ηλεκτρόνια σε άτομα συγκεκριμένων χημικών ουσιών, που επανέρχονται σύντομα στην κανονική τους ενεργειακή κατάσταση, εκπέμποντας φωτόνια επίσης συγκεκριμένου μήκους κύματος. Η γνώση για τα φαινόμενα βιοφωταύγειας που έχει η ανθρωπότητα σήμερα δεν μειώνει καθόλου την ομορφιά του φαινομένου, που πάντα συγκεντρώνει το ενδιαφέρον και το θαυμασμό, οπουδήποτε συναντάται.

Ο θαλάσσιος βιολόγος Ντέιβιντ Γκρούμπερ πραγματοποίησε για λογαριασμό του National Geogrpahic μια κατάδυση σε αυτά τα νερά για να καταγράψει σε βίντεο αυτά τα εντυπωσιακά είδη. Αυτό που είδε μπροστά του όμως ξεπέρασε κατά πολύ τις προσδοκίες του. Την ώρα που ο Γκρούμπερ κατέγραφε εικόνες πέρασε από μπροστά του μια χελώνα που… φωσφόριζε!

Η ΒΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΔΟΡΥΦΟΡΟΥΣ  

Οι γαλακτώδεις θάλασσες αποτελούν  μια σπάνια μορφή βιοφωταύγειας που οι ναυτικοί έχουν περιγράψει ότι μοιάζει με πεδίο χιονιού απλωμένο στον ωκεανό. Η σταθερή λευκή λάμψη μπορεί να επεκταθεί σε τεράστιες αποστάσεις και δεν επηρεάζεται από τις διελεύσεις των πλοίων.

Όπως οι καπετάνιοι παρακολουθούν μια λευκή φάλαινα, έτσι και ο Steve Miller κυνηγάει τις «γαλακτώδεις θάλασσες» εδώ και δεκαετίες.

Αναζητούσε παραδείγματα μιας σπάνιας μορφής θαλάσσιας βιοφωταύγειας και σε αυτό τον σκοπό ήρθε να τον βοηθήσει η άφιξη νέων δορυφορικών οργάνων ανίχνευσης φωτός κατά την διάρκεια της νύχτας τα οποία του επέτρεψαν να ανιχνεύσει αρκετά από αυτά τα σπάνια συμβάντα.

Οι ναυτικοί αντιμετώπισαν σποραδικά αυτό το φαινόμενο τουλάχιστον από το 1600 και ο Ιούλιος Βερν έκανε  μια αναφορά σε αυτό στο Twenty Thousand Leagues Under the Sea.

Σε αντίθεση με την τυπική βιοφωταύγεια -όπου το φυτοπλαγκτόν εκπέμπει φως όταν διεγείρεται, αναβοσβήνει για λίγο σαν πυγολαμπίδες- τα βακτήρια στις γαλακτώδεις θάλασσες μπορούν να παραμείνουν αναμμένα για μέρες έως εβδομάδες. Ωστόσο, πολύ λίγα είναι γνωστά για τις συνθήκες στις οποίες ευδοκιμούν.

Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, ενώ εργαζόταν για το Εργαστήριο Ναυτικής Έρευνας των ΗΠΑ, ο Miller και οι συνεργάτες του άρχισαν να συζητούν τα μοναδικά φωτεινά σήματα που θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν με το Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) που αναπτύχθηκε για την επόμενη γενιά του NOAA και δορυφόρους της NASA. Συγκεκριμένα, σκέφτονταν αν το VIIRS θα μπορούσε να ανιχνεύσει τυχόν μη ανιχνεύσιμα φαινόμενα από το διάστημα, όπως η βιοφωταύγεια στον ωκεανό. Στη συνέχεια, ο Miller είδε την αναφορά ενός καπετάνιου πλοίου για μια περίεργη περίπτωση λαμπερών θαλασσών στα ανοιχτά της Σομαλίας το 1995. Αυτή η ιστορία του πλοίου  S.S. Lima οδήγησε τον Miller να εξετάσει τα νυχτερινά δεδομένα από το Operational Linescan System του Αμυντικού Μετεωρολογικού Δορυφορικού Προγράμματος των ΗΠΑ. Το σήμα ήταν αχνό και τα δεδομένα ήταν πολύ θορυβώδη, αλλά διαπίστωσε ότι αυτό που ανέφερε ο καπετάνιος της Λίμα από την επιφάνεια της θάλασσας ήταν στην πραγματικότητα ορατό από το διάστημα. Ο Miller και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν αυτά τα ευρήματα το 2005 και στη συνέχεια περίμεναν υπομονετικά την εκτόξευση του δορυφόρου Suomi NPP το 2011, του πρώτου που έφερε το νέο όργανο VIIRS. Το VIIRS εφοδιάστηκε με έναν ειδικό αισθητήρα που έχει σχεδιαστεί για να ανιχνεύει φως σε ένα εύρος μηκών κύματος από πράσινο έως σχεδόν υπέρυθρο. Το DNB είναι ευαίσθητο σε επίπεδα φωτός έως και 10 εκατομμύρια φορές πιο αχνά από το φως της ημέρας, επιτρέποντας στους επιστήμονες να διακρίνουν σήματα όπως η λάμψη αέρα, τα σέλας, τα φώτα της πόλης και το ανακλώμενο φως του φεγγαριού. Όταν εντάχθηκε στο  Ινστιτούτο Έρευνας της Ατμόσφαιρα στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο το 2007, ο Μίλερ συνέχισε να διατηρεί και να κατευθύνει  μια ομάδα για τη βαθμονόμηση και την εξερεύνηση των νέων χαρακτηριστικών του DNB. Πίστευε ότι θα μπορούσε να τον βοηθήσει να βρει τις άπιαστες γαλακτώδεις θάλασσες.

Κατά ένα μεγάλο βαθμό ο Μίλερ βασίστηκε σε μια καθιερωμένη λίστα με γαλακτώδεις θαλάσσιες θεάσεις που συνέταξε ο θαλάσσιος βιολόγος Peter Herring. Ο Μίλερ συγκέντρωσε περισσότερες από 200 αναφορές για λαμπερές θάλασσες που βρέθηκαν σε ιστορικά έγγραφα και αναφορές πλοίων. Βρήκε μια απίθανη αναφορά από τον καπετάνιο του C.S.S. Αλαμπάμα το 1864 στα ανοικτά των ακτών της Σομαλίας η οποία είχε απίστευτη ομοιότητα με το γεγονός του 1995. Χαρτογραφώντας αυτές τις αναφορές από τους δύο τελευταίους αιώνες, ο Miller και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι η πλειονότητα προερχόταν από τον βορειοδυτικό Ινδικό Ωκεανό και την Αραβική Θάλασσα, καθώς και από τα ύδατα κοντά στην Ινδονησία και τη Ναυτική Ήπειρο. Σε μια άλλη διαδρομή, ο Miller αντιμετώπισε πολλές προκλήσεις για να προσδιορίσει εάν το αχνό, εφήμερο σήμα των γαλακτωδών θαλασσών θα μπορούσε να ανιχνευθεί από το VIIRS. Η ζώνη ημέρας-νύχτας είναι αρκετά ευαίσθητη ώστε να ανιχνεύει πολλές μορφές νυχτερινού φωτός πάνω και πάνω από τον ωκεανό—συμπεριλαμβανομένων των φώτων από τις βάρκες και των εκλάμψεων αερίου από τις πλατφόρμες γεώτρησης—ακόμα και στον ουρανό—συμπεριλαμβανομένης της λάμψης αέρα και των κυμάτων ατμοσφαιρικής βαρύτητας.

Σε νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε τον Ιούλιο του 2021, ο Miller και οκτώ συνάδελφοί του απέδειξαν ότι το VIIRS μπορούσε πράγματι να ανιχνεύσει τη φαντασμαγορική φωταύγεια. Εξετάζοντας τα δεδομένα του VIIRS από το 2012-2021, βρήκαν 12 περιπτώσεις γαλακτώδους θάλασσας στον Ινδικό Ωκεανό και τον μακρινό Δυτικό Ειρηνικό. Τα σήματα από κάθε συμβάν ήταν αόρατα κατά τη διάρκεια της ημέρας – και επομένως δεν αποδίδονται σε κάποια άλλη ανακλαστική ουσία στον ωκεανό – και επίμονα για αρκετές διαδοχικές νύχτες, παρασύρονται με τα επιφανειακά ρεύματα. Το μεγαλύτερο συμβάν εμφανίζεται παρακάτω

A comparison of photos taken by older satellite instruments (left) with imagery from the new Day-Night Band (DNB) instrument (right).

στην κορυφή αυτής της σελίδας. Το όργανο VIIRS στον δορυφόρο NOAA-NASA Suomi NPP απέκτησε την εικόνα στην Ιάβα και των γύρω θαλασσών στις 4 Αυγούστου 2019. Στη μεγαλύτερη έκτασή του, το γεγονός της γαλακτώδους θάλασσας εκτείνονταν σε 100.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα, περίπου στο μέγεθος της Ισλανδίας. Ξεκίνησε στα τέλη Ιουλίου και ήταν ακόμα ορατό στις αρχές Σεπτεμβρίου, εκτείνοντας δύο σεληνιακούς κύκλους. Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν το ίδιο συμβάν μαζί με μετρήσεις χλωροφύλλης που έγιναν από τον δορυφόρο Aqua της NASA. 4 Αυγούστου 2019 JPEG Σημειώστε ότι οι υψηλότερες συγκεντρώσεις χλωροφύλλης (η πράσινη χρωστική ουσία που συγκρατεί το φως στο φυτοπλαγκτόν) βρίσκονται δίπλα, αλλά δεν ταιριάζουν με τις φωτεινότερες περιοχές της γαλακτώδους θάλασσας.

Ο Miller και οι συνεργάτες του προτείνουν ότι ενώ τα φύκια εκμεταλλεύονται το φως του ήλιου και τα θρεπτικά συστατικά για να φτιάξουν τροφή, τα φωτεινά βακτήρια μπορεί να καταναλώνουν νεκρά ή φύκια στα περιθώρια της άνθισης. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιούν το φως τους για να προσελκύσουν ψάρια, καθώς τα βακτήρια μπορούν επίσης να ζουν μέσα στα έντερα των ψαριών. Μπορεί ακόμη και να υπάρχει μια συμβιωτική σχέση μεταξύ των βακτηρίων και των φυκιών που δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί. Μέχρι σήμερα, η μόνη επιτόπια μελέτη των γαλακτωδών θαλασσών έγινε το 1985—μια τυχαία συνάντηση ενός επιστημονικού ερευνητικού σκάφους κοντά στη Σοκότρα στην Αραβική Θάλασσα. Ο Μίλερ θα ήθελε να το αλλάξει αυτό. Δεδομένου ότι οι δορυφόροι Suomi NPP και NOAA-20 είναι και οι δύο εξοπλισμένοι με ζώνες ημέρας-νύχτας VIIRS και κάνουν καθημερινές παρατηρήσεις, είναι πιθανό οι επιστήμονες να εντοπίσουν ένα συμβάν γαλακτώδους θάλασσας από το διάστημα και στη συνέχεια να στείλουν ένα ερευνητικό σκάφος για να δεί τα νερά. «Οι αναφορές όλα αυτά τα χρόνια ήταν λίγο πολύ συνεπείς, αλλά παραμένει μεγάλη αβεβαιότητα ως προς το ποιες συνθήκες συμβάλλουν ούν για να σχηματιστεί, καθώς και η ακριβής σύνθεση, η σχετική οικολογία και η δομή», είπε ο Μίλερ. «Και πού ταιριάζουν στη φύση; Τι μπορούν να μας πουν για τη ζωή στον ωκεανό; Τα βακτήρια είναι μια πολύ απλή μορφή ζωής και η βιοφωταύγεια πιστεύεται ότι ήταν μια ουσιαστική λειτουργία ορισμένων από τις πρώτες μορφές ζωής. Τι μπορεί να μας διδάξουν οι γαλακτώδεις θάλασσες για την αναζήτηση άλλων, παρόμοιων μορφών βασικής ζωής στο σύμπαν;» «Υπάρχουν ακόμη πολλά να μάθουμε…