گرمایش اقیانوس و نقش حیاتی پروکلوروکوکوس
پروکلوروکوکوس (Prochlorococcus) یکی از کوچکترین و در عین حال پراهمیتترین میکروبهای فتوسنتزکننده دریایی است. این سیزوباکتریا (cyanobacteria) در سطوح نورانی اقیانوسها گسترده شده و تقریباً در بیش از 75 درصد از آبهای روشن سطحی حضور دارد. اهمیت آن نه تنها به خاطر شمار فراوان، بلکه به این دلیل است که برآورد میشود نزدیک به یکسوم اکسیژن تولیدی زمین ناشی از فعالیتهای فتوسنتتیک این گروه میکروبی باشد. فتوسنتز فرایندی است که انرژی خورشیدی را به انرژی زیستی تبدیل کرده و پایه شبکههای غذایی جهانی را میسازد.
با وجود تطابق ظاهری پروکلوروکوکوس با شرایط گرم و کمنیاز تروفیکی نواحی استوایی، پژوهشی جدید نشان میدهد که افزایش دمای آب در اثر تغییر اقلیم میتواند این میکروب و در نتیجه شبکه غذایی دریایی را در معرض خطر جدی قرار دهد. دانشمندان میپرسند آیا «گرمتر همیشه بهتر است؟» و پاسخ مطالعه به این سوال ساده نیست.
روش تحقیق: نمونهبرداری در دریا و ابزارهای نوین
طبق گزارش نیچر، برای پاسخ به این پرسش، تیمی به سرپرستی فرانسوا ریبالِه (François Ribalet) از دانشگاه واشینگتن دادههایی از میدان را جمعآوری کردند تا فراتر از نتایج آزمایشگاهی بروند. پژوهشگران در طول 90 سفر تحقیقاتی طی 13 سال، حدود 800 میلیارد سلول به اندازه پروکلوروکوکوس را اندازهگیری کردند. برای شناسایی و شمارش این ریزجلبکها از یک جریانسنج سلولی (flow cytometer) ویژه استفاده شد که توسط خود ریبالِه همکوشیده شده بود؛ دستگاهی که با لیزر قادر به تشخیص ریزجلبکهای بسیار کوچک روی عرشه شناور بود و به محققان امکان داد نرخ تقسیم سلولی را با حداقل اختلال اندازهگیری کنند.
تحلیلها مبتنی بر مدلهای آماری شناختهشده برای برآورد رشد پروکلوروکوکوس انجام شد. نتایج نشان داد نرخ تقسیم سلولی بسته به عرض جغرافیایی تغییر میکند و این تغییرات بیشتر با دما مرتبط بود تا میزان تابش نور یا منابع غذایی. محدوده دمایی مطلوب این میکروب بین 19 تا 28 درجه سانتیگراد تعیین شد؛ اما در دماهای کمی بالاتر از این بازه، کارایی آن بهطرز غیرمنتظرهای کاهش یافت.
یافتههای کلیدی
در آبهایی با دمای بالاتر از حدود 30 درجه سانتیگراد، سرعت تقسیم سلولی پروکلوروکوکوس تا یکسوم مقداری که در انتهای پایین بازه تحملی آن مشاهده شده بود کاهش یافت. به تعبیر ریبالِه، «دمای سوختگذاری آنها بسیار پایینتر از آن چیزی است که ما پیشتر تصور میکردیم.» این کشف نشان میدهد که افزایش دما لزوماً به سود پروکلوروکوکوس نیست و در برخی نواحی گرمسیری فشار منفی ایجاد میکند.
دلایل زیستی و پیامدهای اکولوژیک
اقیانوسهای گرم گرمسیری از نظر مواد مغذی فقیر هستند؛ زیرا گرما مانع از بالا آمدن آبهای عمیق و انتقال مواد مغذی میشود. پروکلوروکوکوس و دیگر سیانوباکتریاها برای زندگی در این شرایط، ویژگیهایی تکامل یافتهاند: اندازه بسیار کوچک و ژنوم فشرده و صرفهجوییشده که تنها ملزومات را حفظ میکند. چنین حذف ژنهای اضافی ممکن است هزینهای داشته باشد؛ پژوهشگران میگویند ممکن است در طول تکامل برخی ژنهای اولیه مرتبط با پاسخ به استرس از دست رفته باشد و این امر توانایی مقابله با افزایش سریع دما را کاهش دهد.
این وضعیت ممکن است جای خالیای را برای گروه دیگری از سیانوباکتریا به نام سینکوکوکوس (Synechococcus) باز کند. سینکوکوکوسها تابآوری بیشتری نسبت به دمای بالاتر دارند، اما به مواد مغذی بیشتری نیازمندند. اگر سینکوکوکوس جای پروکلوروکوکوس را بگیرد، پیامدهای دقیق آن برای شبکههای غذایی دریا نامعلوم است؛ زیرا تعاملهای طولانیمدت میان گونهها و شکارچیان ممکن است با گونه جایگزین همانگونه نباشد.
مطالعه مدلسازی میکند که تا پایان این قرن زیر سناریوی گرمایش متوسط، تولید و بازدهی پروکلوروکوکوس در مناطق گرمسیری ممکن است 17 درصد کاهش یابد و تحت سناریوی گرمتر تا 51 درصد کاهش قابلتوجهی نشان دهد. در مقیاس جهانی نیز کاهشهای تقریباً 10 درصد (گرمایش متوسط) تا 37 درصد (سناریوی شدید) پیشبینی شده است. در عین حال انتظار میرود گستره جغرافیایی این میکروب به سوی قطبین حرکت کند؛ یعنی پراکنش آن تغییر خواهد کرد ولی بهکلی محو نخواهد شد.
محدودیتها و نیاز به دادههای بیشتر
نویسندگان مطالعه به محدودیتهای روششناختی اشاره کردهاند؛ از جمله اینکه روشهای مورد استفاده ممکن است گونهها یا سویههای کمیاب مقاوم به گرما را نادیده بگیرند. همچنین بسیاری از مناطق گرمسیری مهم هنوز بهطور کامل پوشش داده نشدهاند. بنابراین اگر شواهدی از وجود سویههای مقاوم به دما پدیدار شود، میتواند امیدبخش تلقی شود و تصویر پیچیدهتری از آینده ارائه دهد.
نتیجه گیری
مطالعه جدید هشدار میدهد که گرمایش اقیانوسها ممکن است تولید اکسیژن و پایه زیستی شبکههای غذایی دریایی را از طریق تضعیف عملکرد پروکلوروکوکوس کاهش دهد. اگرچه این میکروب بهطور کامل از بین نخواهد رفت و گسترهاش ممکن است به سوی قطبین جابجا شود، کاهش تولید آن میتواند پیامدهای زنجیرهای در اکوسیستمهای دریایی داشته باشد. با وجود نکات امیدبخش احتمالی مانند وجود سویههای مقاوم که هنوز کشف نشدهاند، نیاز به مطالعات میدان بیشتر، پوششدادن مناطق بحرانی و بررسی تعاملهای جایگزینی با گونههایی مانند سینکوکوکوس برای پیشبینی دقیقتر آینده زیستکره دریایی حیاتی است.