Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
תגלית חדשה כדור הארץ ומשאביו פורסם: 29 בספטמבר, 2022

תרומתם של נחילי קריל לאקלים הגלובלי

תַקצִיר

חיים באוקיינוס מסייעים לרמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה לרדת, על ידי הוצאת פחמן מהאטמוספרה והעברתו לעומק האוקיינוס, באמצעות חלקיקים שוקעים. קריל באנטרקטיקה חיים באוקיינוס הדרומי, ומתאספים בנחילים עצומים. הם מייצרים כמויות גדולות של צואה ששוקעת מהר (ונקראת “fecal strings”, או “מיתרים צואתיים”), כלומר מתחת לנחילים האלה מתקבל גשם של צואה, אשר לוקח פחמן מהר לעומק האוקיינוס. חישבנו כיצד קריל מפחיתים את כמות הפחמן באטמוספרה על ידי הערכת כמות הקריל שישנם, וכמות המיתרים הצואתיים שכל אחד מייצר. החישובים האלה מגלים שקריל באנטרקטיקה, שחיים ליד קרח הים, מסירים 39 מיליוני טונות של פחמן מפני השטח של האוקיינוס בכל שנה – זה בערך המשקל של 100 מיליון דובי קוטב! פרט לכך שקריל מהווים מקור מזון ללווייתנים ולפינגווינים, הם משמשים מהנדסים חיוניים עבור האקלים שלנו, ולכן חשוב להגן עליהם.

חיים באוקיינוס – ספוג ביולוגי לפחמן

האוקיינוסים שלנו אינם רק מגרש משחקים נפלא שבו אנו יכולים לשחות ולעשות פעילויות מהנות שונות, אלא הם גם ממלאים תפקיד חשוב באקלים שלנו. מלאים בחיים מדהימים, הצמחים הזעירים (פיטופלנקטון) של האוקיינוס אחראים לחמצן שאנו נושמים! למעשה, ללא חיים באוקיינוס, רמות הפחמן הדו-חמצני היו גבוהות בכ-50% ממה שהן היום [1]. ממש כמו עצים ביבשה, פיטופלנקטון באוקיינוס לוקחים פחמן דו-חמצני ומשתמשים באור השמש במטרה לייצר את המזון שהם צריכים כדי לשרוד. בעודם עושים זאת, פחמן ננעל בתאי הצמחים, שבתורם נאכלים על ידי חיות ימיות כמו למשל זואופלנקטון וקריל. כמו כל החיות ביבשה, חיות ימיות לא משתמשות בכל המזון שהן אוכלות, והמזון שבו הן לא משתמשות מועבר שוב החוצה כצואה! הצואה שלהן (שנקראת מיתרים צואתיים) היא כמו טורפדו (טילי נפץ) זעירים שמלאים בפחמן, וכשהם שוקעים באוקיינוס הם לוקחים איתם את אותו הפחמן, ונועלים אותו הרחק מהאטמוספרה. אלה הן חדשות טובות לגבי הפחתה בפחמן הדו-חמצני באטמוספרה שלנו!

לרוע המזל, ישנן חיות רבות במעמקי האוקיינוס אשר מחפשות חטיפים טעימים שמגיחים מלמעלה. המיתרים הצואתיים מהקריל, כמו גם שאריות של חיות מתות וצמחים ימיים, שוקעים דרך האוקיינוס ונבלעים ברובם על ידי חיות לאורך הדרך. משמעות הדבר היא שרק 1% מהחלקיקים השוקעים מגיע אל קרקעית הים. ברגע שהם בקרקעית הים, הפחמן שבחלקיקים האלה יכול להיקבר ולהינעל שם למשך מיליוני שנים במשקעים ובאבנים. ככל שהחלקיקים שוקעים מהר יותר, כך יש להם פחות זמן להיאכל על ידי חיות במעמקי האוקיינוס, ולכן יותר פחמן מגיע לקרקעית הים. ככל שאנו מקבלים יותר פחמן במשקעים, כך יש פחות פחמן באטמוספרה, שזה מצוין לאקלים שלנו! מתברר שלא כל החיות זהות במה שנוגע למהירות השקיעה של צואתן!

צואת קריל: אלופי השקיעה האולימפיים

קריל באנטרקטיקה הם סרטנאים שוחים (חלק ממשפחה של חיות כמו סרטנים, לובסטרים ושרימפס) שיכולים לגדול לאורך של כשבעה סנטימטרים, ויכולים לחיות עד ל-חמש-שש שנים בטבע (איור 1A). הם נמצאים רק באוקיינוס הדרומי, החלק הגדול של האוקיינוס שמקיף את אנטרקטיקה. קריל הם שחיינים מעולים, והם יכולים לשחות כנגד חלק מזרמי האוקיינוס החזקים בעולם. למעשה, קריל מעולם לא מפסיקים לשחות כל חייהם. זה דורש כמות אדירה של אנרגיה, שאותה הם צריכים לתדלק על ידי אכילת כמות מזון של עד 10% ממשקל גופם כל יום – כמות השווה ל-12 ארוחות ביום של בני אדם! אולם במקום המבורגרים וצ’יפס, מזון קריל הוא בעיקר צמחי, במיוחד סוג של פיטופלנקטון שנקרא צוּרניוֹת, שהן מלאות באנרגיה ובשומנים מזינים.

איור 1 - (A) קריל באנטרקטיקה (אורך כולל מהעין לזנב – 60 מילימטרים).
  • איור 1 - (A) קריל באנטרקטיקה (אורך כולל מהעין לזנב – 60 מילימטרים).
  • (B) האלוף האולימפי של השקיעה: צואת קריל. מיתרים צואתיים של קריל הם קומפקטיים, וצורתם מייצרת התנגדות מעטה לזרימה, לכן הם שוקעים מהר באוקיינוס. לעיתים קרובות הם יוצרים שרשראות ארוכות, כפי שניתן לראות בתמונה. (C) אחת המלכודות שמשמשות לתפיסת צואה שוקעת.

כל האכילה הזו מייצרת צואה רבה. אחד הדברים המדהימים לגבי קריל הוא שהצואה שלהם מיוצרת בשרשראות ארוכות שנקראות מיתרים צואתיים (איור 1B), שיכולים לשקוע מהר באוקיינוס, בקצבים של מאות מטרים ביום. לא בדיוק המהירוּת של אצנים אולימפיים, אולם הם היו זוכים במדליה בכל תחרות של שקיעת צואה. באזורים מסוימים באוקיינוס הדרומי, אנו מוצאים הרבה מיתרים צואתיים של קריל במלכודות האיסוף שאנו משאירים באוקיינוס. אנו ממקמים את המלכודות האלה על פני קו ארוך שבדרך כלל מעוגן לקרקעית הים. המלכודת היא תעלה גדולה שתופסת את החלקיקים ששוקעים למטה, ואוספת אותם בכוסות דגימה בתחתית (איור 1C). לעיתים הדגימות יכולות להיות מלאות בעיקר מיתרים צואתיים של קריל, ואנו חושבים שהסיבה לכך היא שהיו מיליוני קריל באזור השחייה שמעל למלכודת, בקבוצה גדולה שנקראת נחיל.

נחילי קריל – יתרון הגודל

אחד הדברים המרתקים לגבי קריל, ומה שהופך אותם לטובים אפילו יותר בהעברת פחמן למעמקי האוקיינוס, הוא שהם מבלים עם מיליונים מחבריהם בנחילים. חלק מהנחילים האלה עצומים, ויכולים להתפרשׂ על פני אזורים של כ-100 קמ"ר [2], שזה בערך הגודל של האי ג’רזי בבריטניה. קריל מעדיפים להיות בנחילים מאשר לשחות לבד, ונראה כי ככל שהנחיל גדול יותר כך טוב להם יותר. כ-90% מכל הקריל שחיים באוקיינוס הדרומי מצויים במספר יחסית קטן של נחילים גדולים [3]. התנהלות בנחיל מספקת הגנה מהרבה טורפים שאוכלים קריל, כמו למשל פינגווינים, אריות ים ולווייתנים. זוהי גם דרך טובה יותר למצוא טלאים גדולים (פריחות) של מזון הפיטופלנקטון שלהם, שמפוזר לרוחק ולרוחב באוקיינוס – הרבה זוגות עיניים (ואנטנות) טובים יותר מאחד. הנחילים הנדירים אך העצומים האלה חשובים מאוד לא רק עבור חיי פרא באוקיינוס הדרומי שניזונים מהם, אלא גם להעברת פחמן לעומק האוקיינוס, מאחר שהרבה קריל משמעותו הרבה צואה שוקעת!

הכביש המהיר של פחמן הקריל

נחילי קריל גדולים שוחים דרך האוקיינוס, ניזונים מכל הפריחות של פיטופלנקטון שחוצות את דרכם. המספר האדיר של קריל בנחילים האלה משמעותו שבמהלך ההזנה המאסיבית הזו, אנו מקבלים מספרים גדולים של מיתרים צואתיים שיורדים למטה אל מתחת לנחיל. הכמות הגדולה של מיתרים צואתיים משמעותה שאין סיכוי שהחיות אוכלות הצואה (כמו למשל דגים וזואופלנקטון) שמתחתם יוכלו לעמוד בקצב האספקה – זה כמו להיות בבר סושי ולנסות לאכול את הצלחות הגדולות של מזון, בזמן שהן מגיעות הרבה יותר מהר מהקצב הנורמלי! כאשר אוכלי הצואה האלה הלוּמים, מרבית המיתרים הצואתיים לא נאכלים, שוקעים אל מעמקי האוקיינוס ולוקחים איתם את הפחמן (איור 2).

איור 2 - הנתיב המהיר של הפחמן בצואת קריל.
  • איור 2 - הנתיב המהיר של הפחמן בצואת קריל.

פחמן רב יכול להגיע אל עומק האוקיינוס כאשר נחילים של קריל ניזונים מפיטופלנקטון ליד פני השטח, ומייצרים מספרים גדולים של מיתרים צואתיים ששוקעים מהר. עשויים להיות הרבה מיתרים צואתיים שלא כולם יכולים להיתפס על ידי חיות אוכלות צואה שחיות עמוק יותר באוקיינוס. משמעות הדבר היא שהרבה מהם יכולים להגיע אל מעמקי האוקיינוס, ולקחת איתם פחמן רב.

מאחר שנחילי הקריל כל כך מעטים ורחוקים זה מזה, קשה מאוד לתפוס את אירועי השקיעה האלה, אולם אנו חושבים שהם יכולים להעביר הרבה פחמן למעמקי האוקיינוס [4]. רצינו למצוא דרך להעריך כמה מיתרים צואתיים מיוצרים, כך שנוכל לחזות כמה פחמן הם מוציאים מפני השטח של האוקיינוס. התמקמנו במיוחד באזור באוקיינוס הדרומי שנקרא אזור הקרח השולי (MIZ - marginal ice zone). ה-MIZ הוא המקום שבו קרח הים מתחיל להיפתח אל האוקיינוס הפתוח. התמקדנו ב-MIZ מאחר שהתנאים שם מושלמים עבור יצירה של צואה ששוקעת מהר, היות שישנם שם גם הרבה פריחות פיטופלנקטון וגם מספרים גדולים של קריל. מיקום ה-MIZ משתנה מעונה לעונה, מאחר שכיסוי הקרח גדל בחורף ונמס חזרה בקיץ. כחלק מהחישוב שלנו, השתמשנו בתמונות לוויין כדי לפענח את גודל ה-MIZ לאורך מסלול של שנה טיפוסית (איור 3).

איור 3 - צעדים במודל שמטרתו להעריך את מספר המיתרים הצואתיים של קריל שמגיעים בהצלחה אל מחוץ לפני השטח של האוקיינוס ולוקחים פחמן אל קרקעית הים.
  • איור 3 - צעדים במודל שמטרתו להעריך את מספר המיתרים הצואתיים של קריל שמגיעים בהצלחה אל מחוץ לפני השטח של האוקיינוס ולוקחים פחמן אל קרקעית הים.
  • זה שומר על הפחמן מחוץ לאטמוספרה שלנו! המפה משמאל מראה היכן מצאנו את הכמויות הגדולות (באדום) והקטנות (בירוק) של קריל באזור הקרח השולי סביב לאנטרקטיקה. הצעדים (מלעלה למטה, משמאל לימין): אזור הקרח השולי (MIZ); מספר הקריל באוקיינוס הדרומי; מספר הקריל ב-MIZ; מספר המיתרים הצואתיים שמיוצרים על ידי קריל בכל יום; כמות המיתרים הצואתיים הכוללת שמיוצרת ב-MIZ; כמות המיתרים שנאבדים על ידי חיות שאוכלות צואה; כמות המיתרים הצואתיים הכוללת שמגיעה למעמקי האוקיינוס.

השלב הבא היה לקבוע כמה קריל חיים ב-MIZ. במהלך העשור האחרון בוצעו מדידות רבות של כמויות קריל באוקיינוס הדרומי, כשרובן השתמשו ברשתות שקשורות מאחורי ספינות [5]. אנו אספנו את כל הרישומים הזמינים של תפיסות ברשת שבוצעו באזורי MIZ, והערכנו את כמות הקריל באזורים האלה במהלך שנה טיפוסית.

החלק האחרון של החישוב היה לפענח כמה מיתרים צואתיים קריל ממוצע מייצר. השתמשנו במידע מכמה צוותים מדעיים שונים שהאכילו קריל בשבי, ואז מדדו את כמות המיתרים הצואתיים שהם ייצרו, גודלם ומהירות השקיעה שלהם [6].

באמצעות חיבור פיסות המידע האלו יחד, היינו מסוגלים להעריך כמה מיתרים צואתיים הגיעו בהצלחה מחוץ לפני השטח של האוקיינוס, וחשוב יותר מכך, כמה פחמן הם לקחו איתם. ההערכה הטובה ביותר שלנו היא שקריל באנטרקטיקה שחיים ב-MIZ מעבירים 39 מיליוני טונות של פחמן בשנה אל מעמקי האוקיינוס דרך הצואה שלהם. זוהי הערכת מינימום, מאחר שקריל רבים חיים באזורים אחרים מעבר ל-MIZ. בכל זאת, הערכת המינימום הזו מציעה שקריל באנטרקטיקה מעבירים כמות פחמן בצואתם כמו כל הפחמן שנפלט מכל המכוניות, האוטובוסים, הרכבות ואפילו המטוסים שטסים בתוך בריטניה! לכן, אכלני הפיטופלנקטון החברותיים והרעבים האלה הם גם מהנדסי אקלים חשובים, באמצעות מה שהם חייבים לעשות בכל יום – לשחרר צואה.

קריל והאקלים שלנו

ברגע שצואה, מקריל או מכל חיה או דג אחרים, מגיעה למעמקי האוקיינוס, היא תישאר שם במשך 10, 100, או אפילו 1,000 שנים! זה חשוב מאוד לאקלים, מאחר שזה אומר שפחמן ננעל במעמקי האוקיינוס ולא יכול לחזור לאטמוספרה כפחמן דו-חמצני, אשר גורם להתחממות המהירה של כדור הארץ. עשוי להיות קשה לחקור חיות באוקיינוס, ואנו רק מתחילים ללמוד כמה חשובה הצואה שלהם. לכן, אנו צריכים להיזהר ביחס למה שאנו לוקחים מהאוקיינוס, וביחס להשפעה שיש לנו על חברות באוקיינוס, לא רק מאחר שקריל מהווים מקור מזון חשוב לחיות רבות, אלא גם מאחר שצואתם עשויה להיות חשובה לאקלים! אז בפעם הבאה שאתם נמצאים בסערה, היו אסירי תודה שאלו רק מים (ולא צואה) שנופלים על ראשיכם!

מילון מונחים

פיטופלנקטון (Phytoplankton): אצות מיקרוסקופיות דמויות צמחים.

זואופלנקטון (Zooplankton): חיות שיש להן תנועות שחייה חלשות, ולכן הן נסחפות עם הזרמים שמוּנעים על ידי האוקיינוס או הרוח.

מיתר צואתי (Fecal String): סוג של צואה שמיוצרת על ידי חיות כמו קריל אנטרקטי, שמכילה הרבה מזון מעובד חלקית בתוך ממברנה צינורית, ולעיתים קרובות עשירה בפחמן.

קריל באנטרקטיקה (Antarctic Krill): סרטנאים שוחים שחיים במים שמקיפים את אנטרקטיקה.

פריחה (Bloom): אזור באוקיינוס שבו יש ריכוז גבוה של צמחים ימיים, שנוצר על ידי התרבות מהירה.

אזור קרח שולי (MIZ - Marginal Ice Zone): אזור המעבר בין אזור הקרח לים הפתוח, שבו ישנן כמויות משתנות של קרח ושל מים פתוחים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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

תודות

אנו רוצים להודות לקורא הצעיר שלנו, ארוון טארלינג, על קריאה מהותית של כתב היד הזה.


מאמר המקור

Belcher, A., Henson, S. A., Manno, C., Hill, S. L., Atkinson, A., Thorpe, S. E., et al. 2019. Krill faecal pellets drive hidden pulses of particulate organic carbon in the marginal ice zone. Nat. Commun. 10:889. doi: 10.1038/s41467-019-08847-1


מקורות

[1] Parekh, P., Dutkiewicz, S., Follows, M. J., and Ito, T. 2006. Atmospheric carbon dioxide in a less dusty world. Geophys. Res. Lett. 33:L03610. doi: 10.1029/2005GL025098

[2] Tarling, G. A., and Fielding, S. 2016. “Swarming and behaviour in Antarctic krill,” in Biology and Ecology of Antarctic Krill, ed V. Siegel (Cham: Springer). p. 279–319. doi: 10.1007/978-3-319-29279-3_8

[3] Tarling, G. A., Klevjer, T., Fielding, S., Watkins, J., Atkinson, A., Murphy, E., et al. 2009. Variability and predictability of Antarctic krill swarm structure. Deep Sea Res. Part I 56:1994–2012. doi: 10.1016/j.dsr.2009.07.004

[4] Belcher, A., Henson, S. A., Manno, C., Hill, S. L., Atkinson, A., Thorpe, S. E., et al. 2019. Krill faecal pellets drive hidden pulses of particulate organic carbon in the marginal ice zone. Nat. Commun. 10:889. doi: 10.1038/s41467-019-08847-1

[5] Atkinson, A., Hill, S. L., Pakhomov, E. A., Siegel, V., Reiss, C. S., Loeb, V. J., et al. 2019. Krill (Euphausia superba) distribution contracts southward during rapid regional warming. Nat. Clim. Change 9:142–7. doi: 10.1038/s41558-018-0370-z

[6] Clarke, A., Quetin, L. B., and Ross, R. M. 1988. Laboratory and field estimates of the rate of faecal pellet production by Antarctic krill, Euphausia superba. Mar. Biol. 98:557–63. doi: 10.1007/BF00391547