لماذا تعتبر المحيطات مهمة للغاية؟

تُنتج المحيطات والبحار على كوكبنا الكثير من الأكسجين الذي نتنفّسه؛ نحن والكائنات الحية الأخرى. وهذا يعني أنَّك عندما تتنفس، فإنك تستنشق أكسجينًا يحتوي على جزء من الأكسجين القادم من المحيط، سواءً كنت قريبًا من البحر أو تعيش وسط القارة. ويخرج الأكسجين من المحيط، لأن هناك مليارات الكائنات الحية الصغيرة جدًّا القريبة من السطح التي تُدعى العوالق النباتية، وتقوم بعملية البناء الضوئي تمامًا مثل النباتات على اليابسة. ويبلغ طول أكبر خلايا تلك العوالق النباتية 1 ملم تقريبًا. وتتخذ هذه الخلايا الكثير من الأشكال المختلفة والجميلة التي يُمكن رؤيتها تحت المجهر. وخلال عملية البناء الضوئي، تعمل العوالق النباتية البحرية على إطلاق الأكسجين وامتصاص ثاني أكسيد الكربون (Co₂) باستخدام الطاقة الشمسية. ويحدث ذلك في الجزء العلوي من المحيط، حيث توجد كمية كافية من ضوء الشمس، وتُساعد هذه العملية على تقليل كمية ثاني أكسيد الكربون الموجودة في الجو. ولولا وجود العوالق النباتية البحرية، كان سيتراكم ثاني أكسيد الكربون الذي ينتجه الإنسان من خلال حرق الوقود الحفري وجراء أنشطة صناعية أخرى، بصورة أسرع، وكانت ستزداد وتيرة الاحتباس الحراري على كوكبنا. لكننا محظوظون لأن %70 من سطح كوكبنا مغطى بالمحيطات التي تساعد على التخفيف من وطأة آثار تغير المناخ.

قصة عن دورة الكربون

ماذا يحدث لثاني أكسيد الكربون بمجرد امتصاصه بواسطة الكائنات الحية الموجودة في منطقة سطح المحيط؟ وإلى أين يذهب؟ الإجابة معقَّدة بعض الشيء، فهذا الجزيء الصغير يدخل في الكثير من التفاعلات الحيوية والكيميائية والفيزيائية التي نسميها دورة الكربون المحيطية. وفي هذا المقال سنركز على جزءٍ من تلك الدورة يتعلق بالحيوانات. فخلال عملية البناء الضوئي، تحول العوالقُ النباتية ثاني أكسيد الكربون إلى جزيئات عضوية. والجزيئات العضوية عبارة عن مواد مكوَّنة من ذرات الكربون المتحدة مع بعضها بعضًا في حلقات، أو سلاسل مع عناصر أخرى مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. فمثلًا؛ الأحماض الأمينية عبارة عن جزيئات عضوية. وهذه الجزيئات إما أن تستخدمها العوالق النباتية لتنمو، أو تُطلقها في النهاية في مياه البحر في صورة فضلات. وتؤكل العوالق النباتية بواسطة كائنات حيَّة بحرية أكبر منها، وتؤكل تلك الكائنات الأكبر بواسطة حيوانات أكبر منها. وبهذه الطريقة توفِّر جزيئات الكربون العضوية التي تُنتجها العوالق النباتية، الغذاءَ والطاقةَ لكل الكائنات الحية الأخرى التي تُشكِّل شبكات الغذاء البحرية. وتُسمَّى فضلات العوالق النباتية المواد العضوية الذائبة (DOM)، وهي تتكون من جزيئات تخدم باعتبارها غذاءً لكل الكائنات الحية المجهرية التي تُدعى البكتيريا والعتائق التي يقل حجمها عن 1 ميكرومتر (علمًا بأن عرض شعرة واحدة من شعر الإنسان يبلغ 25 ميكرومترًا تقريبًا!). وتعيش هذا الكائنات الحية الدقيقة على كل عمقٍ من أعماق المحيط، بدءًا من السطح ونزولًا إلى القاع. وتُعد البكتيريا أشهر الكائنات الحية على الأرض، وتلعب دورًا مهمًّا للغاية في تدوير الكربون في المحيطات [1].

البكتيريا التي تقطن أعماق المحيط

البكتيريا والعتائق - على حد سواء - من بدائيات النواة، وهذا يعني أنها كائنات حية وحيدة الخلية وليست بها نواة. ولأن البكتيريا تتواجد عادةً بأعداد أكبر من العتائق؛ فسنستخدم البكتيريا للإشارة إلى كل بدائيات النواة. فنحن نعلم أن البكتيريا تزدهر في مياه سطح المحيط اعتمادًا على استهلاكها للمواد العضوية الذائبة التي تُنتجها العوالق النباتية، ولكن على أي شيء تعتمد في أعماق المحيط؟ حسنًا، تضطر البكتيريا إلى أكل المواد المتبقية من السطح والتي تغوص إلى المياه العميقة. ولكن البقايا التي تغوص إلى أعماق المحيط، ليست لذيذةً مثل تلك المواد الطازجة في مياه السطح. ولذلك، اعتقد العلماء لمدة طويلة أن البكتيريا الموجودة في الأعماق، أقل نشاطًا من تلك الموجودة عند السطح. ولكننا علمنا الآن، أن ذلك ليس صحيحًا. فقد تكون البكتيريا الموجودة في الأعماق بنفس نشاط البكتيريا الموجودة عند السطح [2]، وما زال العلماء يتقصون كيفية عمل الحياة البكتيرية في المحيط المظلم. فما زلنا لا نعلم عنها سوى القليل جدًّا. فكما تتخيل، تتسم دراسة مياه أعماق البحار بالصعوبة.

الأسماك تساعد بكتيريا الأعماق على التغذية

لقد قدَّمت التقنيات الحديثة معلوماتٍ جديدةً تساعدنا على فَهم الاتصال القائم بين السطح والطبقات الأعمق من المحيط فَهمًا أفضل. وقد فحص العلماء طويلًا، سلوك مجموعات السمك الصغير الذي يسبح لأعلى ولأسفل بين سطح المحيط وأعماقه كل يوم. ونسمي هذه الحركة الهجرة العمودية اليومية (DVM) (الشكل 2) [3]. حيث تعمل تلك الأسماك المهاجرة بمثابة حلقة وصل بين السطح والمياه العميقة. وبعضها يسبح إلى عمق 1000 متر! وتنقل تلك الأسماك كميةً كبيرةً من الكربون لأعلى ولأسفل كل يوم. وعلى غرار الكائنات الحية الأخرى، تتكون أجسام هذه الأسماك نفسها من الكربون! نعلم أن هذه الأسماك الصغيرة يبلغ طولها القليل من السنتيمترات، وتفضِّل المكوث في مياه السطح ليلًا، حيث تأكل الكثير من العوالق النباتية والفرائس الأخرى قدر إمكانها. وعندما تبدأ الشمس في الشروق، تسرع تلك الأسماك إلى أعماق البحر. وتقضي كل النهار هناك بالأسفل، وعندما تغرب الشمس تسرع مرةً أخرى إلى السطح. لا نعلم بالضبط لماذا تقوم تلك الأسماك بالهجرة العمودية اليومية، ولكن ربما تفعل ذلك كي لا تأكلها الأسماك الأكبر منها. فتقضي النهار بأمان في الأعماق المظلمة دائمًا، وتذهب إلى السطح ليلًا حيث الظلام أيضًا، لتأكل. وعندما تقضي معظم أوقاتها في الظلام، فهي بذلك تتجنب أن تلتقطها الأسماك الكبيرة التي تريد افتراسها.

كيف تؤثر الأسماك ودرجة حرارة المياه على نشاط بكتيريا أعماق البحار؟

أردنا أن نعرف ما إذا كانت هجرة الأسماك مهمة بالنسبة لبكتيريا أعماق البحار أم لا؟ هل هناك أي علاقة بين الكربون العضوي الذي تستهلكه بكتيريا أعماق البحار، والكربون العضوي الذي توفره الأسماك المهاجرة؟

وللإجابة عن هذا السؤال؛ قمنا بتجربة في البحر الأحمر الذي يُعد واحدًا من أدفأ البحار على مستوى العالم.

فالبحر الأحمر على وجه الخصوص يثير اهتمامنا. وهو يُعد بيئةً قاسيةً بسبب درجات حرارته المرتفعة، وخاصةً في فصل الصيف! فدرجة حرارة مياه البحر العميقة المعتادة في الأجزاء الأخرى من العالم تتراوح ما بين 4 إلى 8 درجات مئوية. وهذه هي درجة حرارة المبردات في منازلنا؛ وهي شديدة البرودة! إلا أن درجة حرارة مياه البحر الأحمر العميقة (على عمق 200 متر) تبلغ 22 درجة مئوية تقريبًا. وفي مثل درجة الحرارة هذه، يُمكننا أن نخرج من المنزل بملابس ذات كم قصير! وكلما ارتفعت درجة الحرارة، ازداد نشاط البكتيريا. لذلك يُمثلّ البحر الأحمر وما فيه من أعداد مهولة من الأسماك المهاجرة والمياه العميقة الدافئة، مكانًا مثاليًّا لاختبار استجابة البكتيريا الموجودة في الأعماق لهجرة الأسماك.

تجربة في البحر الأحمر

للقيام بتجربتنا؛ ذهبنا في منتصف النهار وجمعنا عينة من مياه الأعماق التي تعود إليها الأسماك خلال النهار (التي نطلق عليها طبقات الأسماك). فقد علمنا بواسطة أداة تشبه الرادار يُمكنها رصد وجود الأسماك، أن الطبقات التي تتحرك إليها الأسماك، كانت على عمق يتراوح بين 500 و600 متر نحو القاع. ولذلك قررنا أن نأخذ المياه من على عمق 550 مترًا، ونقارن بينها وبين مياه السطح الموجودة على عمق 5 أمتار. وقمنا أولًا بترشيح مياه البحر بواسطة أغشية بها مسام صغيرة؛ كي تظل البكتيريا والمواد العضوية الذائبة في الماء بعد الترشيح، ثم أحضرنا هذه المياه إلى المختبر لإجراء دراسات إضافية عليها. ووضعنا عينات الماء في إحدى الحاضنات ذات الظروف القريبة قدر الإمكان من ظروف الموقع؛ حيث تتعرض البكتيريا للضوء والظلام لعدد الساعات نفسها التي تتعرض فيها للضوء والظلام في الموقع الحقيقي، وكذلك تُحاط بدرجة الحرارة نفسها التي تُحاط بها في المحيط. ولأن البكتيريا تنمو بسرعة؛ لاحظنا التغييرات في أعداد البكتيريا وحجمها خلال 8 أيام، فقد كنَّا نأخذ عيناتٍ يوميًّا من الزجاجات الموضوع فيها المياه من أجل إجراء التجربة؛ كي نقيس المعدَّل الذي تنمو به البكتيريا وكمية المواد العضوية المذابة التي تستهلكها.

ولاحظنا أن بكتيريا طبقات الأسماك تنمو بسرعة أكبر من بكتيريا مياه السطح. وليس هذا فقط، بل ازداد حجمها زيادة كبيرة (الشكل 1)!

ويعني ذلك أن المواد العضوية المذابة، التي توفرها الأسماك، تُعد مليئةً بالمواد الغذائية المفيدة للبكتيريا، أكثر من تلك التي توفرها العوالق النباتية عند السطح. لقد فوجئنا للغاية بهذه النتيجة. فلقد كنا نعتقد أن الأسماك تهضم وجبتها الليلية وتستريح عندما تكون في الطبقات التي تتحرك إليها خلال النهار. لكنها تسترخي في المياه العميقة وتُخرج المواد العضوية الذائبة كجزءٍ من فضلاتها، وتُصبح تلك المواد طعامًا لذيذًا لبكتيريا أعماق البحار الجائعة. ومن خلال هذه التجربة، أثبتنا أن الهجرة العمودية للأسماك بين مياه السطح والأعماق، لا تنقل الكربون لأعلى ولأسفل فحسب، ولكنها تمد البكتريا الموجودة في الأعماق بمصدر غذاءٍ جيد أيضًا!

الدروس المستفادة

يوضح الشكل 2 ما تعلمناه، حيث يُمثِّل الهجرة العمودية اليومية لسمكة الفانوس من نوع ”skinnycheek“ في البحر الأحمر. فبينما لا تتمكن العوالق النباتية سوى أن تعيش في الطبقات العليا التي يصل إليها الضوء، تتمكن البكتيريا من أن تعيش في أي مكان في المحيط. وقد اعتقدنا أن البكتيريا في المياه العميقة ليست نشِطة بالقدر الكافي، وأنها فقط تستهلك بقايا المواد العضوية المذابة التي تسقط ببطء من سطح الماء إلى القاع. إلا أن تجربتنا قد أوضحت أن هجرة الأسماك إلى المياه العميقة خلال النهار، تكوِّن بقعة غنية بالغذاء للبكتيريا الموجودة في الأعماق. ولم يسبق أن تم رصد هذه الظاهرة من قبل.

والسؤال التالي الذي يتبادر إلى أذهاننا هو: هل يحدث هذا الأمر في جميع المحيطات الأخرى؟ وإذا كانت الإجابة بنعم، فما تبعات ذلك؟ ما زلنا لا نعلم! فكلما يكتشف العلماء شيئًا ما، تظهر أسئلة جديدة على الساحة. وما زال هناك الكثير أمامنا لنعرفه عن المحيطات وعن آلية دورة الكربون!

مسرد للمصطلحات

العوالق النباتية (Phytoplankton): ↑ كائنات حية ذاتية التغذية الضوئية، تعيش في مياه سطح المحيط المُنارة بضوء الشمس. وتمتص ثاني أكسيد الكربون من الجو وتُنتج الأكسجين ومواد عضوية.

البناء الضوئي (Photosynthesis): ↑ عملية امتصاص النباتات الخضراء والعوالق النباتية لضوء الشمس، وتحويله إلى طاقة. وتستهلك هذه العملية ثاني أكسيد الكربون وتُنتج الأكسجين كمنتج ثانوي.

دورة الكربون المحيطية (Ocean Carbon Cycle): ↑ خليط من عمليات استبدال الكربون بين أحواض مختلفة داخل المحيط، وكذلك استبداله مع الجو.

المادة العضوية (Organic): ↑ جزء من أي جهاز عضوي أو كائن حي أو مشتق منهما.

المادة العضوية الذائبة (Dissolved Organic Matter (DOM)): ↑ مادة عضوية تُنتجها العوالق النباتية في مياه سطح المحيط. وتُعد المادة العضوية الذائبة غذاءً للبكتيريا الموجودة في مياه السطح وفي أعماق المحيط.

بدائيات النواة (Prokaryotes): ↑ كائنات حية وحيدة الخلية ليست بها نواة. وتُعد البكتيريا من بدائيات النواة.

الهجرة العمودية اليومية (Diel Vertical Migration): ↑ حركة متزامنة يوميًّا للأسماك والحيوانات الأخرى التي تسبح في الماء بين السطح والطبقات العميقة من المحيط. حيث تقضي تلك الكائنات النهار في الأعماق والليل بالقرب من السطح.

سمكة الفانوس (Skinnycheek Lantern Fish): ↑ مثال على أحد أنواع الأسماك التي تهاجر عموديًّا في المحيطات. حيث تظل في المياه العميقة خلال النهار، وتظل بالقرب من السطح خلال الليل. وهي موجودة في جميع المحيطات.

إقرار تضارب المصالح

يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.

إقرار

نود أن نشكر نورا جوتيريز أفيلو (13) وماريا دي لوش كاليجا سيرا (15)، وكذلك المراجعين الصغار ومعلمهم الذي قرأ المسودة الأصلية وقدَّم تعليقاتٍ مفيدةً لتحسين تلك المسودة، وجعلها مفهومةً لمن هم في مثل سنهم.