زئوپلانکتون‌ها ناجی زمین؟ کشف روشی انقلابی برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی

راهی نو برای به دام انداختن زئوپلانکتون‌ها در نبرد با تغییرات آب و هوایی

مطالعه‌ای که توسط دانشگاه دارتموث رهبری شد، روش تازه‌ای را برای به‌کارگیری تریلیون‌ها موجود ریزدریایی به نام زئوپلانکتون‌ها در مقابله با دگرگونی‌های اقلیمی پیشنهاد می‌کند. این روش بر تبدیل کربن به غذایی برای این موجودات استوار است، غذایی که می‌خورند، هضم می‌کنند و به ژرفای اقیانوس به شکل مدفوع سرشار از کربن می‌فرستند. این تکنیک که در مقاله‌ای در نشریه Nature Scientific Reports منتشر شده، از اشتهای سیری‌ناپذیر این موجودات برای سرعت بخشیدن به چرخه طبیعی اقیانوس در از بین بردن کربن از اتمسفر، که به آن پمپ زیستی می‌گویند، بهره می‌گیرد.

این فرآیند با پاشیدن خاک رس بر سطح اقیانوس در زمان پایان یافتن رویش جلبک‌ها آغاز می‌شود. این رویش‌ها که می‌توانند صدها مایل مربع را در بر بگیرند، حدود ۱۵۰ میلیارد تن دی‌اکسید کربن را از جو جذب کرده و آن را به ذرات کربن آلی تبدیل می‌کنند. اما هنگامی که این جلبک‌ها از بین می‌روند، باکتری‌های دریایی به سراغ این ذرات کربن می‌روند و بیشتر کربن جذب‌شده دوباره به جو بازمی‌گردد.

پژوهشگران دریافتند که خاک رس به ذرات کربن پیش از آن‌که دوباره به جو بازگردند، می‌چسبد و آن‌ها را به زنجیره غذایی دریایی هدایت می‌کند. این ذرات کوچک چسبنده توسط زئوپلانکتون‌های گرسنه مصرف می‌شوند و سپس به عمق‌های پایین‌تر دفع می‌شوند. موکول شارماِ، نویسنده مسئول این پژوهش و استاد علوم زمین، می‌گوید: «به‌طور معمول، تنها بخش کوچکی از کربن جذب شده بر سطح اقیانوس به اعماق برای ذخیره‌سازی درازمدت می‌رسد.»

شارما یافته‌ها را در تاریخ ۱۰ دسامبر در همایش سالانه اتحادیه جغرافیای آمریکا در واشنگتن دی‌سی ارائه کرد. او می‌گوید: «نوآوری در روش ما، استفاده از خاک رس برای افزایش کارایی پمپ زیستی است — زئوپلانکتون‌ها مدفوعی حاوی خاک رس تولید می‌کنند که با سرعت بیشتری فرو می‌رود.» شارما در سال ۲۰۲۰ جایزه گوگنهیم را برای پیگیری این پروژه دریافت کرده است. «این ذره دقیقاً همان چیزی است که این موجودات کوچک برای خوردنشان ساخته شده‌اند. آزمایش‌های ما نشان داد که آن‌ها نمی‌توانند تشخیص دهند که آیا این خاک رس و جلبک‌های میکروسکوپی است یا فقط جلبک‌های میکروسکوپی — آن‌ها فقط آن را می‌خورند.»

او ادامه می‌دهد: «و زمانی که آن را دفع می‌کنند، صدها متر زیر سطح قرار دارند و کربن هم در آنجاست.» تیم پژوهشی آزمایش‌هایی را در آزمایشگاه، روی آبی که در طول رویش جلبک‌ها در سال ۲۰۲۳ از خلیج مین جمع‌آوری شده بود، انجام دادند. آن‌ها متوجه شدند وقتی خاک رس به کربن آلی رها شده در هنگام مرگ جلبک‌ها می‌چسبد، باعث می‌شود باکتری‌های دریایی یک نوع چسب تولید کنند که باعث می‌شود خاک رس و کربن آلی به شکل توپ‌های کوچکی به نام فلاکس درآیند.

این فلاکس‌ها بخشی از خوراک روزانه ذراتی می‌شوند که زئوپلانکتون‌ها از آن تغذیه می‌کنند. پس از هضم، فلاکس‌ها موجود در مدفوع این موجودات فرو می‌روند و با احتمال فراوان کربن را در اعماق دفن می‌کنند، جایی که می‌تواند برای هزاران سال ذخیره شود. توپ‌های خاک رس و کربنی که خورده نمی‌شوند هم فرو می‌روند و در حین پایین رفتن، با جذب کربن آلی بیشتر و همچنین جلبک‌های مرده و در حال مرگ، بزرگ‌تر می‌شوند.

در آزمایش‌های تیم، خاک رس تا ۵۰ درصد از کربن آزاد شده توسط جلبک‌های مرده را قبل از آن‌که به اتمسفر برود، جذب کرد. آن‌ها همچنین دریافتند که افزودن خاک رس، غلظت ذرات آلی چسبنده را — که در زمان فرو رفتن کربن بیشتری را به خود جذب می‌کنند — تا ۱۰ برابر افزایش می‌دهد. در عین حال، جمعیت باکتری‌هایی که باعث رها شدن کربن به جو می‌شوند، در آب دریا که با خاک رس تیمار شده بود، به طرز قابل توجهی کاهش یافت.

نقش برف دریایی در پمپاژ زیستی اقیانوس

در اقیانوس، فلوک‌ها به بخشی اساسی از پمپاژ زیستی تبدیل می‌شوند که به آن برف دریایی می‌گویند، به‌گفته‌ی شارما. برف دریایی ریزش مداوم اجساد، مواد معدنی و سایر مواد آلی از سطح به پایین است که غذا و مواد مغذی را به اعماق اقیانوس می‌آورد. شارما می‌افزاید: «ما برف دریایی تولید می‌کنیم که می‌تواند کربن را با سرعت بالاتری دفن کند، با پیوند ویژه‌ای به ترکیبی از مواد معدنی رس.»

زئوپلانکتون‌ها این فرآیند را با اشتهای سیری‌ناپذیر خود و سفر روزانه شگفت‌انگیزشان که به آن مهاجرت عمودی روزانه گفته می‌شود، سرعت می‌بخشند. در تاریکی شب، این موجودات — که هرکدام اندازه‌ای در حدود سه‌صدم اینچ دارند — در یک حرکت عظیم به ارتفاعات صدها و حتی هزاران فوت از اعماق اقیانوس بالا می‌آیند تا در آب‌های غنی از مواد مغذی نزدیک سطح تغذیه کنند. مقیاس این حرکت به اندازه‌ی جابه‌جایی یک شهر است که هر شب صدها مایل به رستوران مورد علاقه‌اش می‌رود.

با طلوع خورشید، این موجودات به آب‌های عمیق‌تر بازمی‌گردند و فلاکس‌ها را درون خود به عنوان مدفوع رسوب (deposit) می‌کنند. این فرآیند سرعت‌یافته که به آن انتقال فعال گفته می‌شود، جنبه کلیدی دیگری از پمپاژ زیستی اقیانوس است که زمان رسیدن کربن به اعماق پایین‌تر را کاهش می‌دهد. اوایل امسال، ماناسی دسایی، نویسنده همکار این مطالعه، پروژه‌ای را که با شارما و دیوید فیلدز، دانشمند ارشد و اکولوژیست زئوپلانکتون در آزمایشگاه بیگلو برای علوم اقیانوسی در مین، انجام داده بود، ارائه کرد. این پروژه نشان داد که فلوک‌های رس که زئوپلانکتون‌ها می‌خورند و دفع می‌کنند، در واقع سریع‌تر فرو می‌روند.

دسایی که پیش‌تر تکنسین آزمایشگاه شارما بود، در حال حاضر تکنسین آزمایشگاه فیلدز است. شارما قصد دارد این روش را با پاشیدن رس بر روی شکوفه‌های فیتوپلانکتون در سواحل کالیفرنیای جنوبی با استفاده از یک پهپاد آزمایش کند. او امیدوار است که حسگرهایی که در عمق‌های مختلف در دریا قرار می‌گیرند، نحوه مصرف فلوک‌های رس-کربن توسط گونه‌های مختلف زئوپلانکتون را ثبت کنند تا تیم پژوهشی بتواند زمان و مکان‌های بهینه برای استفاده از این روش را بهتر ارزیابی کند و دقیقاً بفهمد که چه مقدار کربن به اعماق اقیانوس منتقل می‌شود.

شارما می‌گوید: «یافتن شرایط اقیانوس‌شناسی مناسب برای انجام این کار بسیار مهم است. نمی‌توان به‌طور اتفاقی رس را در هر جایی ریخت.» او ادامه می‌دهد: «ما باید ابتدا کارایی را در عمق‌های مختلف درک کنیم تا بهترین مکان‌ها را برای شروع این فرآیند شناسایی کنیم، پیش از آن‌که آن را به‌کار ببندیم. ما هنوز به آنجا نرسیده‌ایم — ما در ابتدای راه هستیم.»

علاوه بر دسایی و فیلدز، شارما با نویسندگان اصلی این مطالعه، دیکشا شارما، پژوهشگر پسا‌دکتری در آزمایشگاه خود که اکنون فلوشیپ ماری کوری در دانشگاه سوربن در پاریس دارد، و وگنِش منون، که امسال مدرک کارشناسی ارشد خود را از دارتموث گرفته و در حال حاضر دانشجوی دکترا در دانشگاه گوتنبرگ سوئد است، همکاری کرده است. دیگر نویسندگان این مطالعه شامل، جورج اوتول، استاد میکروبیولوژی و ایمنی‌شناسی در دانشکده پزشکی گیزل دارتموث، وی بر کشت و تحلیل ژنتیکی باکتری‌ها در نمونه‌های آب دریا نظارت کرده است؛ دانیل نیو، که دکترای خود را در علوم زمین از دارتموث دریافت کرده و در حال حاضر استاد بالینی در دانشگاه مریلند است؛ الینور بیتز ’20، که اکنون دانشجوی دکترا در دانشگاه هاوایی در مانوآ است؛ آنی کندل، که پیش‌تر تکنسین آزمایشگاه شارما بود؛ و اریک زینسر، استاد میکروبیولوژی در دانشگاه تنسی که تمرکزش بر باکتری‌های دریایی است، می‌باشد.