الملخص:
هناك نوع من الجزيئات الصغيرة في المحيط تشبه رقاقات الثلج وتتساقط باستمرار في أعماق البحار. يطلق عليهم العلماء اسم "الثلج البحري". إنها ليست جليدًا أو ثلجًا فعليًا، ولكنها جسيمات تتشكل من تراكم العوالق الميتة والبراز والمواد اللزجة والمعادن وغيرها من الحطام العضوي. توصل بحث جديد إلى أن لزوجة هذه الجسيمات قد تؤثر بشكل كبير على قدرة المحيطات على امتصاص وتخزين ثاني أكسيد الكربون، مما يوفر دليلاً مهمًا تم التغاضي عنه سابقًا لفهم النظام المناخي للأرض.
نُشرت هذه الدراسة، التي أجراها باحثون من معهد سكريبس لعلوم المحيطات بجامعة كاليفورنيا وسان دييغو وجامعة لينكولن بالمملكة المتحدة، في مجلة "ساينس" بتاريخ 8 أكتوبر 2026. ووجدت الدراسة أن جزيئات الثلج البحرية اللزجة أقل عرضة للتحلل بواسطة البكتيريا، وبالتالي يمكنها نقل المزيد من الكربون إلى أعماق المحيط. وقد تنقل مثل هذه الجسيمات كمية من الكربون إلى أعماق المحيطات تصل إلى ستة أضعاف ما تنقله الجسيمات الأقل لزوجة.
يعد الثلج البحري جزءًا مهمًا من دورة الكربون في المحيطات. في سطح المحيط حيث يمكن أن تخترق أشعة الشمس، تمتص العوالق ثاني أكسيد الكربون من خلال عملية التمثيل الضوئي وتحوله إلى مادة عضوية. وعندما تموت هذه الكائنات، أو تتحد الحطام العضوي مع مواد أخرى لتشكل جزيئات، فإنها تغرق تدريجياً، وتحمل الكربون من سطح المحيط إلى الأعماق.
يمكن أن يبقى بعض الكربون في أعماق المحيطات لمئات أو حتى آلاف السنين، معزولًا مؤقتًا عن الغلاف الجوي. ولذلك أصبح المحيط مصدرًا طبيعيًا مهمًا للكربون بالنسبة للأرض. ومع ذلك، لن تصل جميع ثلوج البحر إلى أعماق البحار أثناء عملية الغرق. يتم تفكيك عدد كبير من الجزيئات بواسطة البكتيريا أو إعادة إدخالها إلى الدورة البيولوجية في مياه البحر الضحلة، ولا يصل سوى جزء منها إلى المياه العميقة بدرجة كافية ليتم حفظها هناك لفترة طويلة.
يقدر الباحثون أن أكثر من 10 مليارات طن من الكربون تغادر سطح المحيط من خلال الثلوج البحرية كل عام، ولكن حوالي 2 مليار طن فقط تصل في النهاية إلى أعماق يمكن تخزين الكربون فيها لفترات طويلة من الزمن. ما الذي يحدد مقدار الكربون الذي يمكن أن يحمله الثلج البحري عبر طبقة مياه المحيط كان دائمًا سؤالًا مهمًا في أبحاث دورة الكربون في المحيطات.
ركزت هذه الدراسة على البنية الفيزيائية للثلوج البحرية، وخاصة لزوجتها. ووجدت الدراسة أن جزيئات الثلج البحري ليست تكتلات بسيطة ذات خصائص داخلية موحدة، ولكنها تحتوي على هياكل مجهرية معقدة. تكون بعض المناطق الموجودة على السطح الخارجي للجزيئات ناعمة نسبيًا ومنخفضة اللزوجة، مما يسهل على البكتيريا الالتصاق والبدء في التحلل؛ الأجزاء الداخلية الأكثر لزوجة والتي تتمتع بمقاومة أكبر ستشكل حاجزًا ماديًا، مما يجعل من الصعب على البكتيريا اختراقها بسرعة.
شبه الباحثون العملية بدودة تأكل تفاحة: فاللحم الناعم للتفاحة يسهل اختراقه، في حين أن الأجزاء الصلبة أكثر صعوبة في التعامل معها. يمكن أن تبدأ البكتيريا باستغلال المناطق المتحللة بسهولة من الثلوج البحرية، ولكن للوصول إلى الجزء الداخلي الأكثر لزوجة، يجب عليها تدمير بنيتها تدريجيًا. وهذا الاختلاف هو الذي يجعل جزيئات الثلج البحرية المختلفة تظهر قدرات مختلفة تمامًا في الحفاظ على الكربون أثناء عملية الغرق.
للكشف عن العلاقة بين البكتيريا والبنية الداخلية للثلوج البحرية، طور فريق البحث طريقة تصوير مجهرية جديدة. وبعد سنوات من المحاولات، سيتوصل الباحثون أخيرًا إلى حل تقني ممكن في عام 2025، يجمع بين الفحص المجهري متحد البؤر ثلاثي الأبعاد وجزيئات الفلورسنت الخاصة لتصوير البنية الفيزيائية المعقدة داخل الثلج البحري وتتبع أنشطة البكتيريا الحية الفردية داخله.
في السابق، على الرغم من أن العلماء كانوا قادرين على مراقبة جزيئات ثلج البحر والكائنات الحية الدقيقة على أسطحها، كان من الصعب أن نفهم بشكل مباشر كيفية تحرك البكتيريا الفردية وربطها وتحلل المواد العضوية في البيئة المجهرية الشبيهة بالوحل. تتيح التكنولوجيا الجديدة للباحثين مراقبة العوائق المادية التي تواجهها البكتيريا بشكل أكثر وضوحًا وتوفر أدوات بحثية جديدة لفهم كيفية معالجة الكائنات الحية الدقيقة البحرية للمواد العضوية.
تظهر النتائج التجريبية أن الثلج البحري اللزج يستغرق وقتًا أطول ليتم تفكيكه وتفتيته بواسطة البكتيريا. واستخدم فريق البحث أيضًا عمليات المحاكاة الحاسوبية ليجد أن هذه الجزيئات قد تغوص في المياه العميقة قبل أن تتحلل تمامًا. وبالتالي فإن لزوجة الجسيمات لا تؤثر فقط على مدى سرعة استخدام البكتيريا للمادة العضوية الموجودة داخلها، بل تؤثر أيضًا على كمية الكربون التي تفلت من التحلل في مياه البحر الضحلة وتصل في النهاية إلى أعماق المحيط.
قد يكون لهذا الاكتشاف آثار مهمة على التنبؤات المناخية. تحتاج النماذج الحالية لدورة الكربون في المحيطات إلى تقدير كمية الكربون التي يمكن أن تمتصها المحيطات والمدة التي يمكن أن يبقى فيها. إذا فشل النموذج في مراعاة الاختلافات في اللزوجة والبنية الدقيقة للثلوج البحرية بشكل كامل، فقد لا يكون قادرًا على التنبؤ بدقة بنسبة الكربون العضوي الذي يتحلل أثناء عملية الغرق، مما يؤثر على تقييم قدرة بالوعة الكربون في المحيط.
ومع ذلك، فإن نتائج البحث لا تعني أن تخزين الكربون في المحيطات سيزداد على الفور، ولا يمكن ببساطة استنتاج أن الانحباس الحراري العالمي سوف يتباطأ نتيجة لذلك. تتأثر دورة الكربون في المحيطات بعوامل متعددة مثل إنتاجية العوالق، ودرجة الحرارة، والنشاط الميكروبي، وتدفق مياه البحر، وتكوين الجسيمات. يحتاج الدور الذي تلعبه لزوجة الثلوج البحرية إلى مزيد من القياس الكمي بناءً على الملاحظات في البيئات البحرية الحقيقية.
ويقول الباحثون إن تكنولوجيا التصوير قد يكون لها أيضًا تطبيقات خارج المحيط. توجد أيضًا بيئات مجهرية معقدة مصنوعة من المخاط في الشعاب المرجانية وغابات عشب البحر وجذور النباتات وفي الجهاز الهضمي للإنسان والحيوانات الأخرى. المخاط ليس مادة بسيطة وموحدة تشبه الهلام. قد يحتوي الجزء الداخلي منه على نتوءات وأهداب ومناطق متفاوتة اللزوجة. يمكن أن تؤثر هذه الهياكل على ارتباط البكتيريا وحركتها وبقائها.
من خلال المراقبة المباشرة للتفاعلات بين البكتيريا والهياكل المخاطية، قد يتمكن العلماء في المستقبل من التعمق في قضايا مثل ترميم الشعاب المرجانية، والعلاقات بين الميكروبات النباتية، والنشاط الميكروبي في جسم الإنسان.
يعتقد الباحثون أن الجزيئات اللزجة التي تبدو غير واضحة في المحيط قد تكون في الواقع مشاركة في تنظيم جزء مهم من دورة الكربون العالمية. وبينما يكشف العلماء تدريجيًا عن البنية المجهرية للثلوج البحرية وعلاقتها بالبكتيريا، فمن المتوقع أن يساعد "تساقط الثلوج" الذي يستمر في الغرق من سطح المحيط إلى أعماق البحار الباحثين على فهم أكثر دقة لآلية تخزين الكربون في المحيطات ودور المحيط في النظام المناخي العالمي.
التعليقات