Исследователи увидели, что клетки водорослей подо льдом, когда первые фотоны весеннего солнечного света проникли сквозь темноту арктической полярной ночи, поглощают свет при интенсивности, равной теоретическому минимуму для фотосинтеза — менее одной стотысячной части света солнечного дня.
Большинство жизненных процессов работает на солнечном свете. Фотоны проникают сквозь атмосферу и с жадностью поглощаются организмами, использующими свет в качестве источника энергии, такими как растения и водоросли. В процессе фотосинтеза частицы света запускают клеточную реакцию, в результате которой вырабатывается химическая энергия (в виде сахаров), которая затем передаётся по пищевой цепи в сложной взаимосвязи между травоядными, хищниками, падальщиками, разлагающими организмами и другими участниками экосистемы.
В яркий солнечный день фотонов хватает с лихвой. Но что происходит при слабом освещении? Биологи давно интересуются тем, при каком минимальном количестве света может происходить фотосинтез — или какое количество фотонов с какой скоростью должно поступать, чтобы фотосинтетический аппарат клетки мог преобразовывать углекислый газ в кислород и энергию. Расчёты показали, что теоретический минимум составляет около 0,01 микромоля фотонов на квадратный метр в секунду, или менее одной стотысячной доли от освещённости солнечного дня.
На протяжении десятилетий этот расчёт оставался теоретическим из‑за сложностей, связанных с изучением фотосинтеза в условиях слабого освещения. Никто не мог подтвердить его в полевых условиях, хотя на Земле существует множество мест, куда свет едва доходит. Например, каждую зиму в Арктике на высоких широтах солнце, скрытое из‑за наклона оси Земли, исчезает на несколько месяцев. Метровые слои снега покрывают морской лёд и блокируют поступающий свет, оставляя ледяной океан внизу таким же тёмным, как пространство в гробнице. Биологи предполагали, что фотосинтезирующие микроводоросли, обитающие в воде и льду, на время сезона переходят в состояние покоя и ждут возвращения тепла и света.