تُظهر قياسات شدة الضوء (الخطوط البيضاء) ووفرة العوالق الحيوانية (الخط الأسود) مع عمق المحيط (z ، بالأمتار) أنه عندما تمنع ظلال السحب ضوء الشمس من الوصول إلى أعماق المحيط ، تسبح العوالق الحيوانية للأعلى للبقاء في الماء مع سطوعها المفضل . عندما تنحسر الغيوم أو تمر ، تسبح العوالق الحيوانية للأسفل مرة أخرى. تظهر نتائج النموذج (الخط الأرجواني) أن العوالق الحيوانية تستجيب للتغيرات في السطوع بنسبة 10 أو 20٪ فقط - وهو اختلاف غير محسوس بالنسبة لطاقم السفينة. الائتمان: ميليسا أوماند / URI وديبورا شتاينبرغ / VIMS
تسبح العوالق الحيوانية صعودًا وهبوطًا بشكل متكرر بسبب التغيرات الطفيفة في شدة ضوء النهار.
بسبب غروب الشمس ، تهاجر أعداد كبيرة من العوالق الحيوانية والأسماك الصغيرة كل ليلة من أعماق المحيط إلى سطحه لتتغذى بينما تتجنب الحيوانات المفترسة تحت غطاء الظلام. عند الفجر ، يسبحون مئات الأقدام عائدًا إلى المياه الخافتة والأكثر أمانًا في "منطقة الشفق" في المحيط. أظهرت دراسة جديدة أن بعض العوالق الحيوانية تسبح أيضًا لأعلى ولأسفل مرارًا وتكرارًا داخل هذا الملاذ النهاري ، مستجيبة لظلال السحب الخفية لدرجة أنها تهرب من إشعار علماء المحيطات على متن السفن.
تقول الكاتبة الرئيسية للدراسة ، الدكتورة ميليسا أوماند من كلية الدراسات العليا لعلوم المحيطات بجامعة رود آيلاند ، "يطرح اكتشافنا بعض الأسئلة الجيدة حقًا حول ما إذا كانت هناك ميزة تطورية أو بيئية لهذا السلوك النهاري." يبدو أن "الهجرات الصغيرة" عالية التردد المكتشفة حديثًا تزيد بشكل كبير من متطلبات التمثيل الغذائي للعوالق الحيوانية ، وبالمثل قدرتها على تقليل تراكم غازات الدفيئة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض.
الانضمام إلى أوماند في الدراسة ، قصة غلاف هذا الشهر وقائع الاكاديمية الوطنية للعلوم، هل د. ديبورا شتاينبرغ وكارين ستاميزكين من معهد ويليام وماري فيرجينيا للعلوم البحرية. يأتي اكتشافهم من البيانات التي تم جمعها في شمال شرق المحيط الهادئ خلال وكالة ناساحملة EXPORTS الميدانية في 2018. EXPORTS ، من أجل عمليات التصدير في المحيط من RemoTe Sensing ، هو مشروع متعدد المؤسسات مدته 5 سنوات يشارك فيه أكثر من 40 عالمًا رئيسيًا من 17 منظمة في 11 دولة.
يعتبر krill Euphausia pacifica أحد أنواع العوالق الحيوانية التي تقوم بالهجرات العمودية اليومية في مياه شمال شرق المحيط الهادئ. الائتمان: © K. Stamieszkin / VIMS
Steinberg ، أستاذ CSX ورئيس قسم العلوم البيولوجية في VIMS ، هو أحد العلماء الرئيسيين في مشروع EXPORTS. لقد أجرت دراسات ميدانية للهجرة العمودية للعوالق الحيوانية على مدى العقود الثلاثة الماضية ، وكان آخرها خلال الحملة الميدانية الثانية والأخيرة لـ EXPORTS ، وهي رحلة بحرية في مايو 2021 إلى شمال المحيط الأطلسي.
يُطلق على الرحلة اليومية بين أعماق المحيط وسطحه أكبر هجرة على الأرض ، بسبب العدد الهائل من المهاجرين وإلى أي مدى تسافر هذه المخلوقات الصغيرة ذهابًا وإيابًا. يقول شتاينبرغ: "بالنسبة للمخلوقات الصغيرة إلى هذا الحد - كثير منها بحجم حبة أرز - فإن الهجرة اليومية لمسافة 900 قدم تشبهني وأنا نسير لمسافة 25 ميلاً كل يوم من وإلى الإفطار".
وتضيف: "لقد عرفنا الهجرة العمودية اليومية - وهي تكيف لتجنب الحيوانات المفترسة البصرية - لأكثر من مائة عام ، ولكن لم يكن لدينا أي فكرة عن حدوث هذه الهجرة عالية التردد أيضًا. يذهب فقط لإظهار مدى ضآلة ما نعرفه عن البيئة وسلوك الكائنات الحية في أعماق البحار ".
جمع الفريق بياناتهم باستخدام مقياس إشعاع لقياس ضوء الشمس السطحي وجهاز يشبه السونار يمكنه اكتشاف العوالق الحيوانية في الماء. أظهرت مقارنة دفقَي البيانات هذين أنه عندما منع الغطاء السحابي الكثيف ضوء الشمس من الوصول إلى أعماق المحيط ، فإن العوالق الحيوانية تسبح نحو السطح للبقاء في الماء مع سطوعها المفضل. عندما تضعف الغيوم ، كانوا يسبحون لأسفل. وفقًا للنموذج الذي أنتجه Omand ، كانت العوالق الحيوانية تستجيب للتغيرات في السطوع بنسبة 10 أو 20 ٪ فقط ، وهو اختلاف غير محسوس بالنسبة لعلماء السفن.
يقول شتاينبرغ: "إنه لأمر مدهش مدى حساسية هذه الحيوانات الصغيرة للضوء". "لقد كان الجو ملبدًا بالغيوم طوال الرحلة البحرية التي استغرقت 6 أسابيع تقريبًا ، لكننا اكتشفنا أن بعض العوالق الحيوانية قادرة بطريقة ما على اكتشاف التغيرات الطفيفة للغاية في شدة الضوء والاستجابة لها بسبب التغيرات في سمك السحابة فقط. من المحتمل أن تؤدي الإعدادات ذات السحب العابرة والسماء الصافية بخلاف ذلك إلى حدوث هجرات صغيرة أكثر وضوحًا ".
يقول أوماند: "إنه لأمر رائع أن يكون لديك نافذة على الحياة النهارية لهذه الحيوانات الصغيرة". "نأمل أن يلقي بحثنا الضوء على الإشارات التي تستخدمها هذه الحيوانات ولماذا تفعل ما تفعله."
الآثار المترتبة على دورة الكربون في الأرض
يلعب المهاجرون يوميًا دورًا رئيسيًا في دورة الكربون على الأرض عن طريق تناول العوالق النباتية التي تعيش على السطح ، ثم نقل الكربون إلى عمق الكربون الذي أزالته هذه النباتات المجهرية من الماء من خلال عملية التمثيل الضوئي (هذه الإزالة تسمح بعد ذلك للمحيط السطحي بامتصاص المزيد من ثاني أكسيد الكربون.2 من الجو). شركة CO2 تمت إزالته من الغلاف الجوي وتصديره إلى أعماق البحار حيث إن الكربون عبر هذه "المضخة البيولوجية" لا يساهم بأي شيء في ظاهرة الاحتباس الحراري الحالية.
الهجرات الصغيرة المكتشفة حديثًا لها تأثير غير معروف ولكن من المحتمل أن يكون مهمًا على نقل الكربون العالمي عبر المضخة البيولوجية. يبلغ متوسط المسافة لكل ساق من الهجرات الصغيرة حوالي 50 قدمًا فقط ، ولكن باختصار خلال اليوم ، تضيف الرحلات المتكررة ما يصل إلى أكثر من 600 قدم ، أي أكثر من 30٪ من متوسط مسافة الهجرة الليلية. يقول شتاينبرغ إن الآثار المترتبة على هذا الإنفاق الإضافي على الطاقة واضحة. "كمية الكربون التي تحتاجها العوالق الحيوانية المهاجرة لتلبية متطلباتها النشطة ، وبالتالي فإن الكمية التي تمتصها ويمكن أن تنقلها إلى الأعماق ، قد تكون أعلى مما كان متوقعًا في السابق."
سيتطلب تحديد دور الهجرات الصغيرة في ميزانية الكربون للأرض مزيدًا من البحث. هناك حاجة إلى مزيد من المعلومات لفهم سبب بذل العوالق الحيوانية للطاقة في السباحة لأعلى ولأسفل طوال اليوم استجابةً للتغيرات الصغيرة في الضوء ، وما إذا كان هذا السلوك شائعًا بين الأنواع المختلفة وفي جميع أنحاء المحيطات في جميع أنحاء العالم.
ينسب Steinberg اكتشاف الفريق إلى الطبيعة متعددة التخصصات لبرنامج EXPORTS. تقول: "برامج مثل EXPORTS مهمة لأنها تسمح للعلماء من تخصصات متنوعة على نطاق واسع - في حالتنا ، عالم المحيطات الفيزيائي وعلماء البيئة في العوالق الحيوانية - بجمع وتفسير ملاحظاتهم الميدانية. جلبت ميليسا الخبرة لاكتشاف الهجرة عالية التردد ، بينما ساعدت أنا وكارين في وضعها في سياق بيئي والتعرف على آثارها ".
المرجع: "الظلال السحابية تقود الهجرات العمودية للحياة البحرية العميقة" بقلم ميليسا إم أوماند وديبورا ك.شتاينبيرج وكارين ستاميزكين ، 4 أغسطس 2021 ، وقائع الاكاديمية الوطنية للعلوم.
دوي: شنومكس / pnas.10.1073
