תנועת הפחמן בין דברים חיים ולא חיים דרך מחזור הפחמן

כל היצורים החיים מכילים יסוד חשוב שנקרא פחמן. אולם פחמן נמצא גם בסביבה – במים, באדמה ובאטמוספרה של כדור הארץ. פחמן נע הלוך ושוב בין יצורים חיים לבין הסביבה, בתהליך שנקרא מחזוֹר פחמן.

צמחים הם שחקנים ביולוגיים ראשיים במחזור הפחמן, מאחר שהם לוכדים פחמן מהאטמוספרה. דרך תהליך שנקרא פוטוסינתזה, צמחים סופגים פחמן דו-חמצני (CO₂) מהאטמוספרה, ומשתמשים באנרגיית אור מהשמש כדי לייצר מולקולות מכילות פחמן שנקראות פחמימות, נוסף על החמצן שאנו נושמים. בכל שנה, צמחים מתמירים CO₂ מהאטמסופירה לכ-100 מיליארד טונות של פחמימות. בדרך כלל אנו מזהים את הפחמימות האלה כשורשים, ענפים ועלים. תנועת הפחמן הזו בין האטמוספרה של כדור הארץ לבין הצמחים היא רק חלק ממחזור הפחמן. כאשר צמחים מתים, הפחמן בשורשים, בענפים ובעלים שלהם מועבר לאדמה. באדמה, חלק מהפחמן מצמחים מתים עשוי לשמש אורגניזמים ולהפוך לחלק מהאדמה, בעוד שחלקו חוזר לאטמוספרה. כאשר יותר פחמן נתפס – כלומר נלקח על ידי אורגניזמים חיים ואדמה – פחות פחמן זמין להיכנס לאטמוספרה.

ייתכן ששמעתם כי CO₂ הוא אחד הגזים באטמוספרה של כדור הארץ שתורם לשינוי האקלים ולהתחממות כדור הארץ. במחזור הפחמן לפני המהפכה התעשייתית, שני גורמים בלבד ויסתו את ריכוז ה-CO₂ באטמוספרה: פוטוסינתזה, ותופעות גיאולוגיות כמו הרי געש. עם תחילתו של העידן התעשייתי, גורם חדש, פעילות אנושית, התחיל להתערב במחזור הפחמן הטבעי. פעילויות כמו למשל שריפת עץ ודלקי מאובנים, הוסיפו פחמן לאטמוספרה ושינו את האקלים.

כאשר פחמן מוּסָר מהאטמוספרה ומשולב ביצורים חיים או באדמה, זה עשוי לסייע להאט את שינוי האקלים.

חשיבותו של מגוון ביולוגי

ביערות הטרופיים קיים המגוון הביולוגי הגדול ביותר בכדור הארץ. מגוון ביולוגי הוא המגוון של יצורים חיים באזור מסוים. עצים ביערות טרופיים הכרחיים למחזור הפחמן, מאחר שהם לוכדים פחמן ומווסתים את האקלים. אולם יער אינו מורכב רק מצמחים. אורגניזמים רבים נוספים ביער ממלאים תפקיד חשוב במחזור הפחמן. לדוגמה, מגוון ביולוגי של יונקים משפיע על מחזור הפחמן באמזונס [1].

מגוון ביולוגי הוא חשוב מאחר שכל מין ממלא תפקיד בטבע. כאשר הרבה מינים שונים מרכיבים מערכת אקולוגית, מספר גדול יותר של תפקידים או פונקציות מתפתחים, ולכן המערכת האקולוגית בריאה יותר. מערכות אקולוגיות מגוונות עשויות לספק שירותים חשובים לאנושות. אחד השירותים האלה קשור בהצטברות של פחמן. מגוון ביולוגי עשוי להפחית את ריכוז הפחמן באטמוספרה, וההפחתה הזו עשויה לְמַתֵּן את שינוי האקלים.

כפי שכבר הסברנו, צמחים לוכדים פחמן מהאטמוספרה וצוברים אותו בתור פחמימות בעלים, בענפים ובשורשים שלהם. מדענים מודדים את צבירת הפחמן בתור מסת הפחמן שמוּכלת בגוף. אנו יודעים שמגוון ביולוגי של צמחים מגדיל את כמות הפחמן שנלכד [2], ואנו יודעים שצמחים וחיות מְתַקְשְׁרִים זה עם זה. בהתבסס על המידע הזה, רצינו לברר אם יונקים, מאחר שהם קשורים לצמחים, גם ממלאים תפקיד במחזור הפחמן [1]. יונקים יכולים לתקשר עם צמחים בכמה דרכים, כמו אכילת פירות, עלים ופרחים של צמחים וכן הפצת זרעים של צמחים על ידי חיות.

השערתנו הייתה שמגוון ביולוגי של יונקים שנמצאים בסביבה יגדיל את כמות הפחמן שנצבר באדמה. כדי לבחון את ההשערה הזו, צפינו בטבע באופן ישיר, באמצעות הידע האקולוגי המסורתי של כמה שבטים מקומיים שחיים ביערות הטרופיים של גְּוָיָאנָה.

מהלך המחקר

השערתנו הייתה קשה לבחינה באמצעות תצפיות ישירות על חיות שחיות במערכת מאתגרת בעולם האמיתי, כמו למשל באמזונס. נדרשו כמויות מסיביות של נתונים, שדרשו את השתתפותם של 355 אנשים מקומיים מ-Wapishana, Makushi, ו- Wai-Wai מגויאנה. אנשים אלה אספו נתונים של חיות עבור המחקר, והידע שלהם על מערכות טבעיות מקומיות היה חיוני לאיכות הנתונים ולכמותם. מקומיים אלה צברו ידע של מומחים בקשרים שבין הצמחים לחיות, במהלך מאות שנים של מגע ישיר עם הסביבה.

במשך שלוש שנים ועל פני 48,000 קילומטרים רבועים, מקומיים אלה ערכו יותר מ-10,000 סקרים. עבודתם זיהתה 218,000 יונקים אינדיבידואלים ששייכים ל-48 מינים. הם רשמו יותר מ-43,000 אירועי הזנה, ואספו יותר ממיליון דגימות של צואת חיות. נוסף על כך נמדדו ריכוזי פחמן באדמה וגודלם של עצים במאות אתרים.

ממצאי המחקר

התוצאות שלנו מראות שמגוון ביולוגי של יונקים, נוסף על מגוון של עצים, משפיע על מחזור הפחמן באמזונס (איור 1). ריבוי מינים משמעותו סוגים שונים של אינטראקציות כמו למשל חיות שאוכלות צמחים, ולכן יותר פחמן שנע מיצורים חיים לאדמה (איור 2). כפי שחזינו בהשערתנו, מצאנו שמספר מינֵי היונקים קשור הן לריכוז הפחמן באדמה באמזונס (איור 1). והן לכמות הפחמן שמאוחסן בבִּיוֹמָסָה של עצים. מצאנו גם קשר בין מספר מינֵי העצים, כמות הפחמן באדמה וביוֹמסה של עצים. עבור ריכוז פחמן באדמה, מצאנו שהיקף ההשפעה של מגוון יונקים היה זהה להיקף ההשפעה של מגוון עצים.

מדוע המחקר הזה חשוב?

מחקרנו חשוב מאחר שהוא מספק ראיות לכך שכל מין ממלא תפקיד בטבע, מה שאומר שאיבוד מינים יכול להיות מזיק לתהליכים טבעיים. רעיון זה כבר התקבל עבור עולם הצמחים, ונראה הגיוני שהקשר בין צמחים לחיות יהיה חשוב גם הוא למחזור הפחמן.

אף על פי שעדיין יש לנו הרבה מה ללמוד על הקשרים שבין חיות, צמחים ומחזור הפחמן, ברור מעבודתנו שאובדן חיות שנגרם על ידי בני אדם עשוי להוות בעיה לאקלים, וכי שימור של מגוון ביולוגי של חיות עשוי להיות פתרון לשינוי האקלים. בעוד המחקר שלנו התמקד במיוחד ביונקים בגויאנה, אנו מאמינים שהממצאים עשויים להיות נכונים גם עבור יצורים שונים כמו למשל זוחלים, דו-חיים, ציפורים וחסרי חוליות, ובסוגים שונים של יערות.

חשיבותו של מחקר זה מתבטאת בשלוש דרכים שונות. ראשית, הוא משפר את הבנתנו את העולם שאנו חיים בו, ואת העולם הטבעי שאיתו התפתחנו. שנית, המחקר מדגיש את חשיבות הידע של אנשים מקומיים לגבי המערכות הטבעיות שלהם. הידע שלהם היה מרכזי בגילוי שמגוון ביולוגי של חיות עשוי לתרום לשמיים נקיים יותר. שלישית, עבודה זו הראתה שפעולות שמטרתן להגן על חיות ועל הסביבה שלנו עשויות לסייע לבני אדם. מגוון של יונקים צריך להיות אחד הגורמים ששוקלים כאשר מגדירים מדיניויות שמטרתן להפחית את כמות ה-CO₂ באטמוספרה שלנו.

מילון מונחים

מחזור פחמן (Carbon Cycle): ↑ תנועת פחמן בין האטמוספרה, האדמה והביוספרה.

פוטוסינתזה (Photosynthesis): ↑ תהליך שבו צמחים גדלים באמצעות אור שמש, כדי ללכוד פחמן מהאטמוספרה.

מגוון ביולוגי (Biodiversity): ↑ מספר המינים שנמצאים באזור מסוים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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

תודות

אנו מודים לאנשים שהשתתפו במחקר, בין השאר: Ted K. Raab, Anthony Cummings, Kye Epps, Han Overman, ו-F. B. Oliveira. אנו מודים במיוחד לטכנאי Makushi, Wapishana, ו- Wai-Wai שעבודת השטח והידע המקומי שלהם אפשרו את המחקר הזה. תודה גם ל- Leslie Willoughby על שיפור הטקסט. אנו מודים לקרן הלאומית למדעים (NSF; מענק 08094 05 BE/CNH), לאיגוד גורדון ובטי מור, ולאוניברסיטת סטנפורד על תמיכה כספית ואדמיניסטרטיבית.