קרח הים: בית נוח לאורגניזמים מיקרוסקופיים

במהלך הסתיו והחורף, הטמפרטורות הנמוכות מאוד של האזור הארקטי גורמות להיווצרות של קרח ים שצף על פני השטח של האוקיינוס. כתוצאה מנוכחות של מלח במים, כיסים קטנים, שנקראים תעלות מי מלח, נוצרים בתוך קרח הים. תעלות מי המלח האלה הן מאפיין חשוב מאוד של קרח הים, מאחר שהן מאפשרות לצמחים ולחיות לחיות בתוך הקרח ולנוע דרכו. קבוצה אחת של אורגניזמים מיקרוסקופיים דמויי צמחים שגדלים בתוך קרח הים ומתחתיו נקראת אצות קרח ים. כדי לגדול ולהתרבוֹת, אצות קרח ים צריכות אור כדי לבצע פוטוסינתזה. בפוטוסינתזה, האצות סופגות פחמן דו-חמצני (CO₂) מהאוקיינוס ומהאטמוספרה, ומתמירוֹת אותו לשומנים ולסוכרים באמצעות אנרגיה מאור השמש. התרכובות האלה משמשות כמקור אנרגיה עבור אורגניזמים שניזונים מאצות קרח ים. במהלך החורף הארקטי, אין מספיק אור שמש כדי לבצע פוטוסינתיזה, ולכן אצות לא יכולות לגדול. באביב, האור מתגבר ואצות קרח הים גדלות במהרה, מה שנקרא פריחת אצות קרח. הטמפרטורות הגבוהות יותר באביב מרככות את קרח הים, ותחתית הקרח מתחילה להימס. בשלב זה, אצות קרח הים בקרקעית הים משוחררות לתוך המים, שם הן נאכלות על ידי חיות מתמחות שנקראות לוחכי עשב.

לפני 30 שנים, האוקיינוס הארקטי נשלט על ידי קרח ים עתיק מאוד ועבה שנקרא קרח רב-שכבתי. קרח רב-שכבתי הוא קרח ששרד אחת מעונות הקיץ או יותר (איורים 1a,c). מרבית הקרח הרב-שכבתי הזה היה בן חמש-עשר שנים, והגיע לעובי של יותר מעשרה מטרים. כיום, הקרח העבה, העתיק והרב-שכבתי הזה כמעט נעלם, והשאריות של קרח רב-שכבתי נשלטות על ידי קרח בן שנתיים-ארבע שנים בעובי של שניים-חמישה מטרים [1]. שכבת הקרח הרב-שכבתי הנותרת הזו נמצאת כעת בעיקר באזור קטן בין קנדה, גרינלנד והקוטב הצפוני – מה שנקרא אזור הקרח אחרון. כשסביבת המחיה הארקטית ממשיכה להשתנות, אזור הקרח האחרון עשוי להיהפך למקלט חשוב עבור חיות שתלויות בקרח ים לשם הישרדות.

בשל נוכחותו במשך כל עונות השנה, קרח רב-שכבתי הוא סביבת מחיה חשובה במיוחד בתוך המערכת האקולוגית הארקטית [2]. אולם כתוצאה משינויי אקלים, קרח רב-שכבתי מוחלף על ידי קרח ים דק וצעיר יותר שנקרא קרח של שנה ראשונה. זהו קרח ים שלא שרד את עונת הימסות הקיץ, ולכן הוא בן פחות משנה מעת היווצרותו (איורים 1a,b). קרח רב-שכבתי וקרח בשנתו הראשונה מספקים סביבות מחיה שונות לחיות ארקטיות. לדוגמה, רכסים של קרח ים, אשר נוצרים כששכבות קרח שצפות על פני המים מתנגשות זו בזו (ממש כמו האופן שבו הרים נוצרים כאשר לוחות טקטוניים מתנגשים יחד), הם מאפיינים ייחודים של סביבת מחיה שאנו יודעים עליהם מעט מאוד. אולם אנו יודעים שרכסים של קרח ים נוצרים ביתר קלות כאשר הקרח דק יותר, ולכן סביר שמספר סביבות המחיה של רכסי קרח ים יגדלו כאשר הקרח הרב-שכבתי יוחלף על ידי קרח דק יותר בשנתו הראשונה.

באמצעות המחקר שלנו, אנו מנסים לשפוך אור על החשיבות של סביבות מחיה שונות של קרח ים עבור חיות ימיות. אנו מנסים להבין מה יהיה בתפריט של לוחכי העשב אם יהיו פחות אצות קרח ים באוקיינוס הארקטי העתידי, וכיצד זה ישפיע על טורפי-על.

מי אוכלים אצות קרח ים: שרשרת המזון הארקטית

באוקיינוס הארקטי, אצות קרח ים ואצות שחיות במים הפתוחים (שנקראות פיטוֹפלנקטוֹן), מייצגות את בסיס שרשרת המזון הימית. האצות האלה נקראות יצרנים ראשוניים, מאחר שהן ממירות אנרגיה מהשמש לכימיקלים שיכולים לשמש אורגניזמים שנמצאים גבוה יותר בשרשרת המזון, שנקראים צרכנים. אחרי האצות, הרמה התזונתית הבאה בשרשרת המזון כוללת חיות קטנות שנקראות זואופלנקטון, אשר ניזונים מאצות קרח ים, פיטופלנקטון או שניהם. מעלה יותר בשרשרת המזון, זואופלנקטון גדולים יותרניזונים מזואופלנקטון קטנים יותר. הזואופלנקטון הגדולים יותר האלו הם מקור אנרגיה טעים עבור דגים, ובתורם הדגים נמצאים בתפריט של כלבי הים. לבסוף, כלבי ים נצרכים על ידי דובי קוטב. כלבי ים ודובי קוטב נקראים טורפי-על, מה שאומר שהם מייצגים את נקודות הקצה בשרשרת המזון. במציאות, האינטראקציה בין חברי שרשרת המזון היא קצת יותר מבולגנת, מאחר שלהרבה חיות יש יותר ממקור מזון אחד, וזו הסיבה לכך שהקשרים של מי-אוכל-את-מי בדרך כלל נקראים שרשרת המזון (איור 2a). בתוך שרשרת המזון הימית, אנרגיה מועברת מרמה תזונתית אחת לאחרת בצורת פחמן, שהוא רכיב חשוב של מולקולות שמכילות אנרגיה. טורפי-על תלויים באופן עקיף באצות קרח הים ובפיטופלנקטון מאחר שהפחמן שמיוצר על ידי האצות האלה מגיע בסופו של דבר אל גופם של טורפי-העל. כמעט כל התהליכים בשרשרת המזון מחוברים זה לזה. משמעות הדבר היא שאם משהו משתנה בבסיס שרשרת המזון, יכול להיות “אפקט דומינו” כל הדרך למעלה לכלבי הים ולדובי הקוטב.

כיצד אנו יודעים את מה שאנו יודעים?

חוקרי קוטב משתמשים בליבות קרח, צינורות ארוכים עם להבים חדים בקצותיהם (איור 2b), כדי לקדוח חורים אל תוך הקרח במטרה להוציא ליבות של קרח ים לצורכי מחקר. מאחר שקרח ים יכול להיות בעובי של כמה מטרים, קידוח ליבות קרח לוקח זמן רב ודורש מאמץ אינטנסיבי! כדי לאסוף זואופלנקטון ודגים, אנו משתמשים ברשתות שמוּרדוֹת אל תוך המים. חלק מהחיות חיות בממשק שבין קרח הים למים, ישירות מתחת לקרח הים. החיות האלה יכולות להיתפס על ידי צוללנים עם רשתות מיוחדות שיכולות לנוע ישירות מתחת לקרח (איור 2c). זואופלנקטון אחרים הם פלאגים, מה שאומר שהם מבלים את מרבית זמנם באוקיינוס הפתוח (לא ליד קרח הים) בעומקי מים שונים. כדי להשיג דגימות מכלבי ים ומדובי קוטב, חוקרים עובדים באופן קרוב עם ציידים אסקימואים, שיכולים לספק שרירים, שומן לווייתנים ודגימות איברים.

לאחר מכן, במעבדה, אנו חוקרים את תכולת הליפידים באצות ובחיות שאנו אוספים, מה שיכול לספר לנו מהיכן הגיע הפחמן שבגופי החיות. ליפידים הם שומנים, והם עשויים ממולקולות גדולות שמכילות פחמן שנקראות חומצות שומן. אצות קרח ויצרנים ראשוניים אחרים מייצרים חומצות שומן מסוימות שנקראות חומצות שומן סַמָּנִיוֹת, אשר מועברות ללא שינוי לחיות כאשר האצות נאכלות, כל הדרך עד לכלבי הים ולדובי הקוטב. אצות קרח ים ופיטופלנקטון יכולים לייצר כל אחד את קבוצת חומצות השומן הסמניות שלהם. זה נותן לנו הזדמנות נהדרת להבחין בין מקור הפחמן בצרכנים, כלומר אנו יכולים להגיד אם האורגניזמים המדוברים מעדיפים לאכול אצות קרח ים או פיטופלנקטון, או שילוב של שניהם.

חיות ארקטיות רבות זקוקות לאצות קרח ים כדי לשרוד

למרבית החיות יש דיאטות מעורבבות, והן מקבלות את האנרגיה שלהן גם מאצות קרח ים וגם מפיטופלנקטון. אולם, חלק מהזואופלנקטון, כולל סרטנאים קטנים שנקראים שטצדאים amphipods (איור 2d), מבלים את מרבית חייהם בקשר קרוב עם קרח ים (מה שנקרא סגנון חיים סימפאגי). אורגניזמים סימפאגים משתמשים בקרח ים כמקום לחיות, לאכול ולהתחבא מטורפים. מצאנו שפחמן שנצרך על ידי שטצדאי סימפאגי בשם Apherusa glacialis הגיע כמעט רק מאצות קרח ים [3] (איור 3). במילים אחרות, החיות האלה תלויות כמעט ב-100% באצות קרח ים לצורך הישרדות! בקלת קוטב (איור 2e) היא מין דג חשוב באוקיינוס הארקטי, מאחר שהוא מקור מזון פופולרי עבור כלבי ים וציפורים. בקלת קוטב יכולה להיות מוזנת מטצדאים סימפאגים, מה שאומר שהמין הזה גם תלוי מאוד באצות קרח ים [4]. גבוה אפילו יותר בשרשרת המזון, אצות קרח ים יכולות להיות חשובות עבור דיאטות של כלבי ים ודובי קוטב שונים [6, 5].

מה קורה כשקרח הים נמס ויש מעט אצות קרח ים?

כיום, קצת קשה לחזות כיצד ההתחממות הגלובלית תשפיע על עתיד החיות הימיות. עבור חיות ארקטיות רבות, הידע שלנו על מה, על מתי, ועל כמה הן אוכלות עדיין די מוגבל. אנו יודעים שחלק מהמינים רגישים יותר לשינוי אקלים מאחרים, למשל חיות סימפאגיות. מהתוצאות שלנו, אנו יכולים להניח שההישרדות של החיות המקושרות לקרח האלה, כולל אלה ששייכות לרמות תזונתיות נמוכות או גבוהות, תהיה מאוימת כאשר קרח הים ייעלם. אולם אפשרות אחרת, ואחת שלה אנו מייחלים, היא שהחיות האלה ימצאו דרך להתמודד עם השינויים הסביבתיים על ידי מציאת מקורות מזון חלופיים או על ידי חיפוש מקלט בסביבות מחיה ייחודיות בקרח הים, כמו למשל רכסי קרח ים. מחקרים כמו שלנו יכולים לסייע ולספק מבט רחב יותר על סגנונות החיים של חיות ארקטיות. אפשר לקשר את התוצאות שלנו למחקרים אחרים שחוקרים שינויים אפשריים שהם מסוימים לכל אזור או עונה. כדי להבין לגמרי את האתגרים שעימם תתמודד שרשרת המזון הארקטית, צריך לאסוף מידע נוסף במחקרים עתידיים על הדיאטות וסגנונות החיים של חיות ארקטיות, ועל הרגישות שלהן במה שנוגע לשינויים סביבתיים.

מילון מונחים

אצות קרח ים (Sea-ice Algae): ↑ אצות שחיות בתוך קרח הים, בעיקר קרוב לממשק בין קרח הים למים.

פיטופלנקטון (Phytoplankton): ↑ אצות שחיות בעמוד המים, ומשונעות עם זרמי האוקיינוס.

רמה תזונתית (Trophic Level): ↑ “מי אוכל את מי” – המעמד של חיות בתוך שרשרת המזון. חיות שניזונות מאצות נמצאות נמוך יותר בשרשרת המזון מאשר חיות שניזונות גם מאצות וגם מחיות אחרות, או רק מחיות אחרות.

זואופלנקטון (Zooplankton): ↑ חיות ימיות קטנות שנסחפות עם זרמי האוקיינוס. הן מהוות חוליה חשובה בין אצות לבין רמות תזונתיות גבוהות יותר באמצעות העברת אנרגיה לאורך שרשרת המזון הימית.

פלאגי (Pelagic): ↑ סגנון חיים של חיות שמבלות את רוב זמנן במים העמוקים. חיות פלאגיות ניזונות מפיטופלנקטון ויכולות להשתמש גם באצות קרח ים כמקור מזון.

סימפאגי (Sympagic): ↑ סגנון חיים של חיות שחיות בקרבה צמודה לקרח ים. חיות סימפאגיות יכולות להשתמש בקרח ים כמקלט מטורפים, ו/או כסביבת מחיה להזנה. חלק מהחיות מחליפות בין סגנונות חיים פלאגים וסימפאגים במהלך זמנים שונים בשנה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

תודות

המחקר הזה היה חלק מקבוצת איגוד הלמהולץ לחוקרים צעירים Iceflux: Ice-ecosystem carbon flux in polar oceans (VH-NG-800) במכון אלפרד ווגנר בברמרהייבן, גרמניה.