Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי כדור הארץ ומשאביו פורסם: 23 ביוני, 2022

תחתית שרשרת המזון של האוקיינוס הארקטי היא בעלת חשיבות עליונה

תַקצִיר

האקלים של כדור הארץ שלנו מתחמם, והוא משתנה הכי הרבה באזור האוקיינוס הארקטי ובימים שסובבים אותו. התחממות גורמת לשינויים רבים, כולל הימסוּת של קרח ים וירידה בכמות המים שמכוסים על ידי קרח. השינויים האלה משפיעים על אורגניזמים בכל הרמות של שרשרת המזון. במאמר זה, נסביר כיצד שינויים בטמפרטורה משפיעים על איכות המזון שזמין עבור חיות שחיות באוקיינוס הארקטי. נתמקד בשינויים של תחתית שרשרת המזון, שמערבים צמחים זעירים שחיים בתוך הקרח ומתחתיו, וחיות זעירות שנסחפות בימים הארקטיים. שינויים בשפע של האורגניזמים הקטנים ביותר באוקיינוס הארקטי ובאיכותם, משפיעים על אורגניזמים גדולים יותר, כמו למשל דובי קוטב ולווייתנים. שינויים בבסיס שרשרת המזון צריכים להילקח בחשבון אם אנו רוצים להגן על יצורים שהאוקיינוס הארקטי הוא ביתם.

כיצד שינויי אקלים משפיעים על האוקיינוס הארקטי

מאז תחילת המהפכה התעשייתית, לפני יותר מ-200 שנים, האקלים של כדור הארץ שלנו השתנה באופן דרסטי. טמפרטורות המריאו בקצב מהיר יותר מכל זמן אחר ב-65 מיליון השנים האחרונות! בקצה הצפוני והדרומי של כדור הארץ ישנם אזורי קוטב, הארקטי והאנטרקטי. אלה הם האזורים הקרים ביותר בכדור הארץ, שם הטמפרטורות הממוצעות הן הרבה מתחת ל-0 מעלות צלזיוס. בחורף, השכבה העליונה של האוקיינוס קופאת, ויוצרת מה שנקרא “קרח ים”. קרח ים יכול לנוע מעובי של דף נייר, שנמס מהר מאוד, ועד לקרח עבה ביותר שמגיע לגובה של שלושה מטרים ויכול לשרוד שנים רבות. לקרח ים יש אפקט של קירור על האקלים, והוא פועל כמו מקרר ששומר על שאר כדור הארץ בטמפרטורות שבהן אורגניזמים יכולים לחיות.

בעוד שהטמפרטורה של כדור הארץ שלנו עלתה, הסביבה הגיבה בדרכים ייחודיות ומדאיגות. באזורי הקוטב, אזורים גדולים של קרח ים נמסים. האזורים שבעבר היו מושלגים ולבנים מותמרים לאזורים גדולים של אוקיינוס כחול פתוח. ההתחממות של אזורי קוטב יצרה הרבה שאלות שדורשות תשובה. אם כן, בואו נסביר את האופן שבו עליית הטמפרטורות יכולה להשפיע על המערכת האקולוגית הימית של האוקיינוס הארקטי.

מדוע פיטופלנקטון חשובים כל כך?

בבסיס המערכת האקולוגית הימית, אנו מוצאים יצורים דמויי צמח קטנים וחשובים מאוד שנסחפים בכל הימים. היצורים האלה נקראים פיטוֹפּלנקטוֹן. בשל גודלם המיקרוסקופי, הם נמדדים בסקאלה של מיקרונים (μm). מיקרון אחד קטן פי 10,000 מאשר סנטימטר!

באופן טיפוסי, פיטופלנקטון חיים במה שאנחנו מכנים אזור אפיפלגי, או במילים פשוטות העומקים שבהם יש מספיק אור לביצוע הפוטוסינתזה שלהם. דרך פוטוסינתזה, הם לוקחים פחמן דו-חמצני (CO2) מהאטמוספרה ומייצרים חמצן, ממש כמו צמחים על פני היבשה. יחד, כל הפיטופלנקטון באוקיינוסים של העולם מייצרים מחצית מהחמצן של כדור הארץ. זוהי כמות אדירה של חמצן בהתחשב בעובדה שפיטופלנקטון מהווים פחות מ-1% מהבִּיוֹמָסָה של העולם [1]! בהשוואה, צמחים גדולים כמו עצים מהווים כ-70% מהביומסה הצמחית הגלובלית, ועדיין הם מייצרים אותה כמות חמצן כמו פיטופלנקטון מיקרוסקופיים1. כדי להדגים עד כמה פיטופלנקטון איתנים, כדאי לציין שהם היו בסביבה זמן רב. הסימן הראשון לפיטופלנקטון משוּמר בסלעים במערב אוסטרליה מלפני כ-3.5 מיליארד שנים!

צורניות הן הפיטופלנקטון הגדול ביותר באוקיינוס שלנו (איור 1). הן יכולות להיות צמחים מעגליים או מאורכים, והן אחראיות על כמעט 20% מהפוטוסינתזה של כדור הארץ. אף על פי שצורניות חיות בעיקר באוקיינוס הפתוח, הן גם משגשגות במקומות משונים. מסות גדולות של צורניות נמצאות בתוך קרח ים של שני אזורי הקוטב, והן חיות בתוך תעלות קרח נוזליות ומלוחות שיש בהן מספיק חומרי מזון ואור כדי שהן יוכלו לבצע פוטוסינתזה. כאשר צורניות נמצאות בקרח, הן כבר לא מסווגות כפיטופלנקטון. מאחר שהן מקובעות למקום אחד ולא נסחפות, אנו קוראים להן אצות שחיות בקרח, או פשוט “אצות קרח”. לעיתים קרובות הן נכלאות בקרח כאשר השכבה העליונה של האוקיינוס מתחילה לקפוא. כדי למצוא אצות קרח, נקדחות ליבות קרח בקוטר של כ-10 סנטימטרים החוצה מהקרח. איור 2 מראה את התחתית של ליבת קרח שמכילה שפע של אצות בתוכה.

איור 1 - צורנית מעגלית (משמאל)2 וקהילת פיטופלנקטון (מימין)3.
  • איור 1 - צורנית מעגלית (משמאל)2 וקהילת פיטופלנקטון (מימין)3.
  • סרגלי הסקאלה הם בגודל מקורב.
איור 2 - ליבת קרח שמראה אצות קרח ים (שכבה חומה בתוך הקרח), כולל צורניות, שחיות ב-10 הסנטימטרים התחתונים של הקרח4.
  • איור 2 - ליבת קרח שמראה אצות קרח ים (שכבה חומה בתוך הקרח), כולל צורניות, שחיות ב-10 הסנטימטרים התחתונים של הקרח4.

מי אוכל פיטופלנקטון?

זוּאוּפלנקטוֹן הם “אנשי האמצע” של האוקיינוס הארקטי, והם מבצעים תפקיד חיוני להפצת חומרי מזון ליצורים ברחבי שרשרת המזון, מאחר שהם נאכלים על ידי טורפים גדולים יותר (איור 3). בנקודה מסוימת בחייהם, סרטנים, דגים ותמנונים נסחפים כולם באוקיינוס, ולכן הם נקראים זואופלנקטון. צורניות הן מקור מזון עיקרי של הרבה זואופלנקטון, מאחר שהן מכילות הרבה חומרי מזון שנותנים לזואופלנקטון את האנרגיה ואת החומרים הגולמיים שנדרשים לביצוע פעילויות, כמו למשל גדילה והִתְרַבּוּת.

איור 3 - שרשרת המזון של האוקיינוס הארקטי [2].
  • איור 3 - שרשרת המזון של האוקיינוס הארקטי [2].
  • פיטופלנקטון ואצות ים נאכלים על ידי זואופלנקטון, ובתורם זואופלנקטון נאכלים על ידי בקלה של הקוטב, ציפורי ים ולווייתנים ארקטיים גדולי פה (bowhead whales). עובדה זה מראה כיצד פיטופלנקטון וזואופלנקטון חשובים מאוד לאספקת מזון לשאר המערכת האקולוגית הארקטית.

בזמן שקרח הים נמס בקיץ, חומרי מזון שמאוחסנים בקרח משוחררים חזרה לאוקיינוס. אור נהפך לזמין יותר מאחר שיש פחות קרח ים שמשקף את האור חזרה לאטמוספרה. שינויי האביב האלה מתעדפים פיטופלנקטון, זואופלנקטון, ואת כל מה שצורך את אלו ששוכנים בתחתית שרשרת המזון. מאחר שזואופלנקטון אוכלים צורניות, הזואופלנקטון עצמם נעשים מזינים לחיות גדולות יותר, כמו למשל דגים, ציפורי ים ולווייתנים [2]. אם זואופלנקטון לא היו נוכחים, שאר המערכת האקולוגית, כולל בני אדם, היו צריכים להתמודד עם אובדן מזון גדול. בני אדם בקהילות אינוּאיטים סמכו על דגים (זואופלנקטון טורפים) ועל אריות ים (טורפי דגים) באוקיינוס הארקטי במשך יותר שנים!

ישנו היבט מלוכלך של זואופלנקטון שהוא חשוב במיוחד – הצוֹאה שלהם. כאשר זואופלנקטון מפרישים את פסולת גופם, היא נהפכת למקור מזון עבור הרבה יצורים אחרים. אם היא לא נאכלת, היא יכולה להגיע לקרקעית הים שם היא מאחסנת פחמן במשך מיליוני שנים, מאטה את תהליך שינוי האקלים ושומרת על כדור הארץ קריר.

קבוצה אחת של זואופלנקטון שנמצאה במערכות אקולוגיות ימיות ברחבי העולם ראויה לציון במיוחד. השטרגליים (cocepods) קיבלו את שמם בשל רגליהם (pods), שצורתן כמו של משוטים שמשמשים לחתירה בסירה. רגליהם דמויות המשוט (איור 4) מסייעות לתת לחיות המיקרוסקופיות האלה כוחות-על! שטרגליים יכולים לזכות בפרסים על כך שיש להם מאפיינים יוצאי דופן בממלכת החיות. שטרגליים הם החיות החזקות ביותר, הקופצים המהירים ביותר, וככל הנראה החיות השכיחות ביותר על פני כדור הארץ במספרן! המזון המועדף על שטרגליים רבים הוא פיטופלנקטון, שצריכים לחיות ליד פני השטח של האוקיינוס שם יש מספיק אור שמש לביצוע פוטוסינתזה. הזנה מפיטופלנקטון היא טובה, אולם היא לא תמיד בטוחה; דגים, ציפורים וטורפים אחרים גם צדים בפני השטח המוארים היטב של המים, והם מחכים לטעות של השטרגליים. בכל יום, שטרגליים מתמודדים עם איום של טורפים על ידי כך שהם נכנסים למים הרדודים רק בחושך, כאשר אין אור. אחרי שהם אוכלים, שטרגליים ממהרים להגר חזרה אל המים העמוקים והחשוכים יותר לפני שטורפי מים רדודים יוכלו לראותם. ההגירה היומית הזו של שטרגליים ושל זואופלנקטון אחרים היא ההגירה הגדולה ביותר של ביומסה בכדור הארץ, תנועה יומית אדירה שנפרשת לעומקים של עשרות, מאות, או אלפי מטרים.

איור 4 - שטרגליים מסוג קלנוס שנדגמו בפברואר (משמאל) וביוני (מימין).
  • איור 4 - שטרגליים מסוג קלנוס שנדגמו בפברואר (משמאל) וביוני (מימין).
  • אף על פי שהאורכים של שני השטרגליים דומים יחסית (4.4 ו-4.8 מילימטרים), השטרגלי של פברואר קטן יותר מהשטרגלי של יוני, והחיות של פברואר, שמתקרבות לסוף התרדמת (היברנציה), מכילות פחות שומן בשק השמן שלהן (2019).

חלק מהשטרגליים השכיחים ביותר באוקיינוס הארקטי חברים בקבוצה שנקראת קלנוּס. בהיותם מלאים בשומנים מזינים אחרי הזנה אינטנסיבית בסתיו ובקיץ, שטרגליים מסוג קלנוס הם מזינים במיוחד עבור חלק מציפורי הים, הדגים והלווייתנים שנעים לאורך מרחקים גדולים ברחבי האוקיינוס בכל שנה במטרה לטרוף אותם, לרוב בסתיו ובקיץ. כאשר מרבית הפיטופלנקטון והזואופלנקטון נאכלו, הרבה ציפורים, דגים ויונקים עוזבים את האוקיינוס הארקטי, וחוזרים בשנה הבאה (אולם לא כולם).

החשיכה

החודשים החשוכים של החורף עשויים שלא להיות הזמן הטוב ביותר להיות בו אוכל עשב שתלוי עבור הישרדותו רק בצמחים שמבצעים פוטוסינתזה! חלק מהשטרגליים נעשים אוכלי-כל בחורף, בעוד שאחרים לגמרי מפסיקים לאכול ונכנסים לתרדמת במים בטוחים הרבה מתחת לקרח הים. הזנה אינטנסיבית במהלך פסגת השפע של פיטופלנקטון הכרחית לבניית מאגרי השומן הנדרשים לביצוע תרדמת החורף. שטרגליים יכולים להיראות שונים מאוד בפברואר (אחרי תרדמת חורף ורעב) בהשוואה ליוני (אחרי הזנה). באוקיינוס הארקטי, התעוררות לפני פריחת פיטופלנקטון יכולה להיות מועילה לשטרגליים. היא מאפשרת להם לאכול צורניות שתלויות ונופלות מקרקעית קרח הים באביב. אחרי חודשי התרדמת, קלנוס בדרך כלל נראים רזים, עם מעט מאגרי שומן. רק אחרי ההזנה של הסתיו והקיץ, שטרגלי הקלנוס יכולים למלא מחדש את מאגרי השומן שלהם למצב המרהיב הקודם (איור 4) [3]! אחרי חזרתם לפני השטח עתירי האצות של המים באביב, הרבה שטרגליים מוצלחים מתרבים במהלך פריחת האצות של האביב, מה שמאפשר לצאצאים שלהם לבקוע במהלך פריחת הפיטופלנקטון שמתרחשת מתחת לקרח כמה חודשים לאחר מכן [3]. זה עשוי להיות הכרחי להישרדות הצאצאים שלהם.

העתיד

חוקרים מאמינים שאם שטרגלי קלנוס לא יוכלו לאכול אצות קרח, גודל חברת השטרגליים עלול לקטון באופן דרסטי. בעת שקרח הים מתמעט כתוצאה משינוי האקלים, מקור המזון החשוב הזה של שטרגליים מוּסר. לאורך תקופות זמן ארוכות, אובדן קרח הים וגורמים אחרים, יכולים להפחית את הזמינות של חומרי מזון עבור פיטופלנקטון שמנסים לגדול מתחת לקרח [4]. ההפחתה הזו במזון עבור פיטופלנקטון יכולה לגרום לכך שפיטופלנקטון קטנים יותר יהפכו לרבים יותר מאשר צורניות גדולות ומזינות יותר. אם כן, במקום שיהיה שפע של מזון באיכות גבוהה כמו צורניות גדולות, שטרגליים באוקיינוס ארקטי חם יותר וללא קרח עשויים להיאלץ לאכול פיטופלנקטון קטנים יותר ופחות מזינים. מדענים כבר רואים אורגניזמים קטנים יותר בחברות של שטרגליים ושל פיטופלנקטון [5].

שינויים צפויים באוקיינוס הארקטי, ומה אנו יכולים לעשות כדי לעזור

בעוד האזור הארקטי משתנה, סביר שנוכל לראות שמאגרי מזון, כמו למשל צורניות ופיטופלנקטון אחרים, קְטֵנִים, תוך כדי שהם גם נעשים קטנים יותר ומזינים פחות. שינויים בחלק התחתון ביותר של שרשרת המזון יכולים לגרום להשלכות אדירות לחיות גדולות יותר. היכחדות של מינים בתחתית שרשרת המזון יכולה להיות חדשות רעות לטורפים מתמחים שהתפתחו כדי לאכול אותם. שינויים בכמות של פיטופלנקטון ובסוגם משפיעים על בני אדם ועל חיות בהרבה דרכים ישירות ועקיפות, החל משינויים באיכות האוויר, ועד לאופן שבו אנו מְתַקְשְׁרִים עם הסביבה ועם המשאבים שלה. עם פחות פיטופלנקטון באוקיינוס הארקטי, ריכוזי פחמן דו חמצני באטמוספרה יכולים לגדול, מה שיגרום לכדור הארץ שלנו להמשיך להתחמם.

כחֶבְרָה, אנו צריכים להיות מודעים יותר לעובדה שהפעילויות שלנו בבית, בעבודה, או בבית הספר יכולות להשפיע על מערכות אקולוגיות במקומות מרוחקים מאיתנו. שינויים קטנים, כמו למשל הליכה או רכיבה על אופניים במקום נסיעה, יכולים לסייע באופן דרסטי בהגבלה של פליטות פחמן דו חמצני. תוכניות מחקר כמו למשל Changing Arctic Ocean1 שמבוססת בבריטניה, מספקים לממשלות ולציבור את המידע העדכני ביותר על שינויים ביולוגיים באוקיינוס הארקטי. שתי קבוצות מפרויקט Changing Arctic Ocean שיתפו פעולה כדי לכתוב את המאמר הזה, ויש לנו מקורות נוספים זמינים אם תרצו ללמוד עוד5, 6.

מילון מונחים

פיטופלנקטון (Phytoplankton): צמח נסחף שמבצע פוטוסינתזה.

פוטוסינתזה (Photosynthesis): תהליך שבו צמחים משתמשים באנרגיית השמש כדי להמיר פחמן דו-חמצני ומים לחמצן ולסוכר.

ביומסה (Biomass): המשקל הכולל של אורגניזם, או של קבוצת אורגניזמים באזור מסוים.

צורנית (Diatom): סוג גדול של פיטופלנקטון שחשוב כמקור מזון לזואופלנקטון.

זואופלנקטון (Zooplankton): חיה נסחפת שלא מסוגלת לשחות כנגד זרמי האוקיינוס.

שטרגליים (Copepods): סוג של זואופלנקטון עם רגליים בצורת משוט. סוג שכיח ביותר של שטרגליים נקרא קלנוס.

קלנוס (Calanus): חלק מהשטרגליים השכיחים והמזינים ביותר באוקיינוס הארקטי שייכים לקבוצה הזו.

פריחה (Bloom): גדילה מהירה של אצות או פיטופלנקטון.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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


מקורות

[1] Bar-On, Y. M., Phillips, R., and Milo, R. 2018. The biomass distribution on Earth. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 115:6506–11. doi: 10.1073/pnas.1711842115

[2] Darnis, G., Robert, D., Pomerleau, C., Link, H., Archambault, P., Nelson, R. J., et al. 2012. Current state and trends in Canadian Arctic marine ecosystems: II. Heterotrophic food web, pelagic-benthic coupling, and biodiversity. Clim. Change 115:179–205. doi: 10.1007/s10584-012-0483-8

[3] Leu, E., Søreide, J. E., Hessen, D. O., Falk-Petersen, S., and Bergebe, J. 2011. Consequences of changing sea-ice cover for primary and secondary producers in the European Arctic shelf seas: timing, quantity, and quality. Prog. Oceanogr. 90:18–32. doi: 10.1016/j.pocean.2011.02.004

[4] Li, W. K. W., McLaughlin, F. A., Lovejoy, C., and Carmack, E. C. 2009. Smallest algae thrive as the Arctic Ocean freshens. Science 326:539. doi: 10.1126/science.1179798

[5] Falk-Petersen, S., Timofeev, S. F., Pavlov, V., and Sargent, J. R. 2007. “Climate variability and possible effects on Arctic food chains. The role of Calanus,” in Arctic-Alpine Ecosystems and People in a Changing Environment, eds J. B. Ørbæk, T. Tombre, R. Kallenborn, E. N. Hegseth, S. Falk-Petersen, and A. H. Hoel (Berlin: Springer). p. 147–66.


הערות שוליים

[1] https://www.changing-arctic-ocean.ac.uk/

[2] https://www.gercekbilim.com/inanilmaz-elektron-mikroskopu-fotograflari-2/diatom-sem/

[3] https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2019/05/weltweite-planktonverteilung.html

[4] http://www.antarctica.gov.au/science/climate-processes-and-change/oceans-and-marine-ice-in-the-southern-hemisphere/measuring-algae-in-the-fast-ice-research-blog/sea-ice-algae-project-blog/blog-8-first-ice-algae

[5] https://www.changing-arctic-ocean.ac.uk/project/eco-light/

[6] https://www.changing-arctic-ocean.ac.uk/project/chase/