در تلاش برای یادگیری در مورد "صخره های عمیق" مرموز اقیانوس

یک ساختار نظارت بر صخره های خود مختار (ARMS) در منطقه مزوفوتیک. | © لوئیز روشا

این داستان ابتدا در The Highlight منتشر شد. برای دسترسی به داستان های انحصاری اعضا مانند این هر ماه، امروز عضو Vox شوید.

پالائو، میکرونزی - در یک روز روشن و آفتابی در ماه مه گذشته، من روی یک قایق ایستادم که توسط آب های فیروزه ای کشور جزیره ای پالائو احاطه شده بود. من آنجا در غرب اقیانوس آرام بودم و غواصان غواصی را تماشا می کردم که در حال آماده شدن برای ارائه شواهدی از یک دنیای آبی مرموز بودند.

پالائو به خاطر صخره های مرجانی دیدنی و غنی خود مشهور است. اما این غواصان در حال برنامه ریزی بودند تا از کنار آن جوامع دریایی نور خورشید عبور کنند و به منطقه ای کمتر شناخته شده در گرگ و میش معروف به "اکوسیستم های مرجانی مزوفوتیک" بروند.

Mesophotic اساسا به معنای "وسط" و "نور" است، جایی که این اکوسیستم ها در آن قرار دارند - نه کاملا در نور روز روشن، نه کاملا در تاریکی عمیق، بلکه جایی در بین. برای سادگی، ما این جوامع را که بین 30 متر تا 150 متر زیر سطح قرار دارند، "صخره های عمیق" می نامیم.

یکی از غواصان روی قایق با من یک جانورشناس و متصدی آکادمی علوم کالیفرنیا به نام لوئیز روشا بود که دهه ها را صرف مطالعه این صخره های عمیق و اسرار آنها کرده است.

او به من گفت: "هر چیزی بین 30 متر و 150 متر واقعا ناشناخته است."

از آنجایی که این صخره های عمیق بسیار ناشناخته هستند، محققانی مانند روچا با سوالات بزرگی روبرو هستند. آن‌ها می‌خواهند یک تصویر پایه از آنچه در این اکوسیستم‌ها می‌گذرد به دست آورند - حتی فقط چه کسی در آنجا زندگی می‌کند! - به طوری که آنها بتوانند نحوه عملکرد آنها را بهتر درک کنند. آنها همچنین سعی کرده اند بررسی کنند که آیا (یا نه) این صخره های عمیق ممکن است پناهگاهی برای گونه هایی باشد که در صخره های مرجانی کم عمق زندگی می کنند.

من برای پادکست غیرقابل توضیح Vox در پالائو بودم، زیرا در تلاش برای جمع‌آوری اطلاعات بیشتر درباره این مکان‌های مرموز، روچا در سال 2016 برخی از ساختارهای علمی را در این اعماق گرگ و میش به جا گذاشت. آن سازه‌ها پس از آن تقریبا یک دهه را سپری کردند تا با انواع حیات دریایی پوشانده شوند. و حالا، روشا بازگشته بود تا آنها را بازیابی کند، به این امید که او - همراه با بسیاری از دانشمندان دیگر - بتواند آنها را باز کند، مانند جعبه ای از قطعات پازل علمی، پر از سرنخ هایی در مورد این دنیای دریایی که درک نشده است.

مشاهده لینک

بنابراین یک "ریف عمیق" مزوفوتیک چیست؟

یکی از مواردی که اغلب در مقالات و توصیفات «اکوسیستم‌های مرجانی مزوفوتیک» به آن اذعان می‌شود این است که دانشمندان آن‌قدر که می‌خواهند نمی‌دانند. مقاله اداره ملی اقیانوسی و جوی درباره آنها در سال 2019 مملو از «می» است، به این ترتیب: آنها ممکن است «به عنوان زیستگاه ماهیان ضروری برای گونه های مهم اقتصادی و زیست محیطی عمل کنند».

البته محققان برخی چیزها را می دانند. آن‌ها می‌دانند که این صخره‌های عمیق را می‌توان در بسیاری از مکان‌های مشابه صخره‌های مرجانی کم‌عمق‌تر یافت - بنابراین عمدتا در بخش‌های گرمسیری و نیمه گرمسیری جهان، مانند میکرونزی، دریای کارائیب، و حتی خلیج مکزیک. آنها دریافته‌اند که گونه‌های زیادی وجود دارند که به نظر می‌رسد منحصر به این مکان‌ها هستند، و تحقیقات اخیر به حساسیت بالقوه آنها نسبت به تغییرات آب و هوایی اشاره می‌کند.

محققان همچنین متوجه برخی از تفاوت های کلیدی بین این صخره های عمیق و همسایه های مرجانی کم عمق ترشان شده اند. در صخره های کم عمق، مرجان های سخت با جلبک های فتوسنتز کننده متحد می شوند. جلبک ها مواد مغذی را برای مرجان ها فراهم می کنند و مرجان ها یک ماتریکس کلسیم کربنات ترشح می کنند که به ایجاد معماری صخره کمک می کند.

هرچه عمیق تر می شوید، نور شروع به محو شدن می کند و فرصت های فتوسنتز نیز با آن کم رنگ می شود. دما نیز کاهش می یابد. بنابراین حیواناتی که در صخره‌های عمیق زندگی می‌کنند، آنهایی هستند که می‌توانند در دنیای تاریک‌تر و خنک‌تر زنده بمانند.

چرا این مکان ها اینقدر مرموز هستند؟

دانشمندان می‌توانند در صخره‌های عمیق شیرجه بزنند تا درباره این مکان‌های مورد مطالعه بیشتر بیاموزند - همانطور که روچا انجام داده است - اما کاوش در عمق 100 متری به غواصی فنی دشوارتر و خطرناک‌تر از کاوش در اعماق کم‌تر نیاز دارد. برای مثال، هرچه عمیق‌تر شیرجه بزنید، گازهای سریع‌تری به بافت‌های شما رانده می‌شوند، که محدودیت‌هایی را برای این غواصی‌های واقعا عمیق تحمیل می‌کند.

روشا می گوید: «زمان بسیار بسیار کوتاهی داریم، و منظورم از زمان کوتاه، پنج دقیقه است. شش، هفت دقیقه.»

دانشمندان ممکن است در آن زمان چند عکس بگیرند، یا اندازه‌گیری کنند، یا چند نمونه جمع‌آوری کنند، اما پس از آن باید به سمت بالا حرکت کنند، فرآیندی که می‌تواند ساعت‌ها طول بکشد، زیرا برای جلوگیری از بیماری رفع فشار، باید به آرامی بالا بروند.

بدیهی است که مطالعه یک اکوسیستم در فواصل پنج تا هفت دقیقه ای کارآمد نیست. مردم همچنین از وسایل نقلیه کنترل از راه دور و زیردریایی ها برای کاوش در صخره های عمیق استفاده کرده اند، اما اینها مشکلات خاص خود را دارند و دوربین ها همیشه نمی توانند تمام جزئیاتی را که ممکن است بخواهید ثبت کنند یا از حیوانات مخفی تر و مرموز عکس بگیرند. بنابراین شکاف های بزرگی در دانش علمی در مورد این اکوسیستم ها باقی مانده است.

روشا می‌گوید: «هر وقت به جایی می‌رویم، اولین چیزی که می‌یابیم گونه‌های جدید است... این اساسی‌ترین کاری است که در علم می‌توان انجام داد.» اما این تلاش فراتر از فهرست‌بندی گونه‌های جدید ماهی یا اسفنج‌ها یا راب‌های دریایی است.

روچا می‌خواهد به سؤالات به ظاهر اساسی پاسخ دهد: منبع اصلی انرژی برای همه چیز اینجا در نور کم‌تر چیست؟ زنجیره غذایی چگونه است؟ چگونه اشیا تکامل یافته اند تا در این اعماق زندگی کنند؟ چقدر شبیه اکوسیستم های کم عمق هستند و چقدر متفاوت هستند؟ چگونه آنها تحت تأثیر تغییرات آب و هوایی قرار می گیرند - و کارآمدترین راه برای محافظت از آنها چیست؟

اما، روشا می‌گوید: «از برخی جهات ما حتی نمی‌دانیم چه سؤالاتی بپرسیم. ما واقعا فقط می‌دانیم چه سؤالاتی را بعد از اینکه درک اولیه از چیستی اکوسیستم داشته باشیم، بپرسیم. و برای صخره‌های عمیق، هنوز این را نمی‌دانیم.»

روشی جدید برای درک صخره های عمیق با استفاده از "مسکن پیش ساخته"

روچا با تعداد زیادی علامت سوال که این صخره های عمیق را احاطه کرده اند، منصرف نمی شود. برای سال‌ها، او در حال جمع‌آوری اطلاعات اولیه در مورد آنها بوده است، اغلب از طریق آن شیرجه‌های بسیار کوتاه.

با این حال، حدود یک دهه پیش، روچا به روش دیگری برای نمونه‌برداری از تنوع زیستی این نوع اکوسیستم دریایی علاقه مند شد - تکنیکی که شامل «ساختارهای نظارت بر صخره‌های مستقل» (ARMS) است.

اساسا هر ARMS پشته ای از چندین صفحه PVC است که در فواصل یکنواخت از هم جدا شده و به یک صفحه پایه متصل می شوند. آنها مانند هتل های خاکستری کوچک و بی خاصیت به نظر می رسند. آنها را به جایی می برید که می خواهید مطالعه کنید، آنها را پایین می آورید، آنها را ایمن می کنید و سپس آنها را برای مدتی به حال خود رها می کنید تا به آنها اجازه دهید زندگی را جمع آوری کنند.

روشا می‌گوید: «به محض اینکه هر نوع ساختار تمیزی را روی صخره می‌اندازید، شروع به استعمار لاروهای هر چیزی در اطراف آن می‌کند - اسفنج‌ها، گورگونی‌ها، مرجان‌ها. و سپس، چون نقاط پنهان زیادی بین بشقاب‌ها وجود دارد - بنابراین بین طبقات هتل - آنها شروع به استعمار میگو می‌کنند. اگر بخواهید به این مینی صخره پایدار و متنوع تبدیل می‌شود که مملو از تنوع زیستی زیادی است که جمع‌آوری یک‌باره آن در هر صخره‌ای معین بسیار سخت است.»

چند سال پس از آن افت اولیه، شما برمی‌گردید، ARMS را جمع‌آوری می‌کنید و سپس صخره کوچکی را که روی آن‌ها رشد کرده است مطالعه می‌کنید. شما می توانید چیزها را نمونه برداری کنید، لمس کنید و تجزیه و تحلیل کنید.

این نه تنها یک روش بسیار موثر برای جمع آوری تعداد زیادی از موجودات به طور همزمان است، بلکه یک روش عالی برای انجام این کار به روشی استاندارد است. اگر برای جمع آوری یک صخره پوشیده شده از یک صخره پایین می رفتید - یا یک ربات را به پایین می فرستادید، می توانستید چیزهای زیادی در مورد زندگی روی آن بیاموزید، اما مقایسه زندگی روی آن صخره با زندگی روی سنگ های دیگر از صخره های دیگر، یا حتی همان صخره سخت خواهد بود، زیرا هر سنگ ویژگی های منحصر به فرد خود را دارد. برای ARMS اینطور نیست.

کریس مایر، مدیر برنامه اسلحه جهانی اسمیتسونیان، به من گفت: «همه یکسان هستند.»

از نظر روچا، این راه بسیار خوبی برای دیدن صخره‌های عمیق به‌جای نگاه‌های کوتاهی بود که از غواصی دریافت می‌کرد. او به من گفت همچنین استقرار آنها نسبتا ارزان بود. بنابراین از سال 2016 تا 2018، با مقداری بودجه خصوصی، او و همکارانش ARMS را در برخی از صخره‌های عمیق اطراف پالائو - و همچنین در گوام، جزایر مارشال و پلی‌نزی فرانسه ترک کردند. آنها برخی را حدود 50 متر، و برخی را حدود 100 متر، و سپس برخی را حدود 10 متر نصب کردند، بنابراین او می تواند صخره های عمیق را با همسایگان کم عمق تر آنها مقایسه کند.

بعد از آن منتظر ماند.

در واقع، او کمی بیشتر از آنچه که دوست داشت صبر کرد، زیرا بازیابی ARMS از استقرار آنها گران‌تر است، بنابراین او مجبور شد بودجه بیشتری به دست آورد.

در نهایت، سرمایه‌گذاران خصوصی موافقت کردند که بازیابی ARMS را که Rocha باقی مانده بود، تضمین کنند. اینگونه بود که او و غواصان همکارش سرانجام دوباره خود را در قایق در پالائو یافتند و آماده بودند تا این سازه ها را به اعماق بکشند.

باز کردن جعبه پازل علمی

در طول چند روز، من یک تیم کامل از مردم را تماشا کردم که چندین اسلحه را از صخره های عمیق پالائو بیرون کشیدند. برخی از ARMS نسبتا پراکنده بودند، اما برخی دیگر تقریبا مبهم با موجودات زنده بودند - پر جنب و جوش با قرمز و نارنجی و سبز و صورتی و سفید. یکی یک اسفنج عظیم به آن وصل کرده بود، دیگری چندین شاخه ظریف مانند سرخس مرجانی از آن آویزان بود.

سلاح‌های جمع‌آوری‌شده هر روز به مرکز بین‌المللی صخره‌های مرجانی پالائو در سطل‌های پر از آب دریا سفر می‌کردند، جایی که دانشمندان به سرعت دست به کار شدند - این اکوسیستم مرموز را از نزدیک دیدند و لمس کردند (و بوییدند).

همانطور که معلوم شد، این فرآیند، هیجان جادویی و روغن کاری خوبی بود، Cheez-It به خط جداسازی قطعات دامن زد. پس از جدا شدن صفحات، مایر از صفحات عکس گرفت - چیزی که او آن را "کپسول زمان مکان" نامید. سایرین در آزمایشگاه با دقت از میان سینی‌های زباله جدا می‌کردند، خرچنگ‌ها، کرم‌ها و نرم تنان کوچک را شکار می‌کردند، یا نمونه‌هایی را از روی صفحات می‌تراشیدند و در لوله‌ها می‌ریختند.

آنها آب های دریایی را جمع آوری کردند که گفته می شود نزدیک ترین خویشاوندان بی مهرگان ما هستند. آن‌ها اسفنج‌هایی را جمع‌آوری کردند - اسفنج‌هایی مسطح که زیر آب خشک می‌شد، اسفنج‌هایی ضخیم با پرزهایی مانند کرم‌های کوچک و بی‌حرکت، یکی به نازکی پوسته پوسته و با رشته‌های نقره‌ای. آنها مرجان‌های نرم و عجیبی را که به نام «اکتوکورال» شناخته می‌شوند، جمع‌آوری کردند و کلنی‌هایی از حیوانات به نام بریوزوئن‌ها را جمع‌آوری کردند که شبیه لانه‌های زنبوری چرخان و دوبعدی بود.

یک زیست شناس پژوهشی اسمیتسونی به نام سارا تویدت توضیح داد: «ما به دنبال هر چیز منحصر به فردی هستیم که آن را مورفوگونه می نامیم. و ما در تلاشیم تا نمونه‌های بافتی نماینده‌ای را از همه این موارد بدست آوریم تا بتوانیم DNA را توالی‌بندی کنیم - و DNA را با ارگانیسم مطابقت دهیم.

البته با این فرض که یک تطابق ژنتیکی شناخته شده در کتابخانه های DNA موجود ما وجود داشته باشد.

در اولین روزی که با تیم گذراندم، یکی از متصدیان آکادمی کال به نام تری گاسلینگر چندین گونه جدید بالقوه را شناسایی کرد. او متخصص راب‌های دریایی رنگارنگ و لذت‌بخش است که به عنوان بره‌شاخه شناخته می‌شوند، و بنابراین، به دلیل دانش عمیق خود (و چون رنگ‌ها و الگوهای روشن شاخه‌های برهنه، تشخیص آن‌ها را تا حدودی آسان‌تر از سایر موجودات زیر آب می‌کند)، توانست در محل تماس‌هایی در مورد اینکه آیا گونه‌های جدید ژنتیکی آزمایش می‌کنند یا نه، انجام دهد.

با این حال، شناسایی بسیاری از حیوانات دشوارتر بود. محققان تمام تلاش خود را برای شناسایی موجوداتی که در حال یافتن بودند انجام دادند، اما حتی در حال حاضر، چند ماه گذشته، هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد. از نزدیک به 3000 نمونه، تنها بخش کوچکی در سطح گونه شناسایی شد. اعداد کمی نادرست هستند زیرا محققان هنوز در حال پردازش داده‌ها هستند، اما وقتی در ماه ژوئیه با یکی از پست‌دکتر آکادمی Cal که روی این پروژه کار می‌کرد، سوزان باهر، بررسی کردم، او به من گفت که تنها 3 درصد از نمونه‌ها بر اساس گونه‌ها شناسایی شده‌اند و کمی کمتر از 20 نمونه دارای نام جنس هستند.

بسیاری از موارد دیگر فقط در سطوح طبقه بندی وسیع تر و بالاتر شناسایی شدند. آزمایش ژنتیکی نمونه‌ها، همراه با عکس‌ها و توضیحات نمونه‌ها، به افراد کمک می‌کند تا گونه‌های خاص‌تری را کشف کنند و همچنین به آنها کمک می‌کند تا تشخیص دهند که آیا گونه‌های خاصی برای علم جدید هستند یا خیر.

فراتر از کشف گونه های جدید ... و به سمت حل پازل بزرگ

مهمترین بخش های این کار فراتر از شناسایی گونه ها خواهد بود. در واقع، هر چه زمان بیشتری را با این محققان در آزمایشگاه گذراندم، (از جمله یک شبی که با آنها گذراندم در حالی که از نیمه شب گذشته کار می کردند)، بیشتر این حس را به من دست داد که، در حالی که به نظر می رسید آنها از دیدن گونه های جدید هیجان زده به نظر می رسیدند، به نظر می رسید که به همان اندازه از دیدن روابط بین حیوانات هیجان زده هستند.

برای مثال، زمانی که یک روز وارد آزمایشگاه شدم، چند نفر از من خواستند که بروم و از طریق یک میکروسکوپ به موجودی به نام خرچنگ پومپوم نگاه کنم - سخت پوستان زرد کوچکی که شقایق های بنفش را در چنگال های جلویی اصلاح شده خود نگه می دارد. توئیت وقتی چیزی به نام «میگوی اسکلتی» را پیدا کرد که به نظر من شبیه یک حشره چوبی است که با چیزی به نام هیدرووئید ترکیب می‌شود، به شدت شگفت‌زده شد.

یک بار دیگر، حوالی یک بامداد، مرا کنار کشید تا «فراست روی کیک» آن روز را به من نشان دهد، که معلوم شد چند حلزون دریایی قرمز روشن و هشت کورال‌های قرمز روشنی هستند که به نظر می‌رسید روی آن زندگی می‌کنند.

همانطور که او در یک گفتگوی بعدی بیان کرد، این روابط، از بسیاری جهات، نکته کلیدی این پروژه ARMS است، و آنچه آن را از تلاش برای ارائه چند نمونه فردی در یک زمان متمایز می کند. مطالعه آن‌ها یا حتی نگاه کردن به تصویر کامل‌تری که ARMS ارائه می‌کند، چیزی است که به محققان اجازه می‌دهد تا به برخی از سؤالات برجسته در مورد این اکوسیستم‌ها بپردازند. برای مثال، Bähr در حال حاضر با داده‌های ARMS بازیابی شده در گوام کار می‌کند و تلاش می‌کند تا میزان همپوشانی (یا کمبود آن) بین گونه‌ها در اعماق مختلف در صخره‌های عمیق را تحلیل کند.

در واقع، هر چند، این همه فقط آغاز است. در یکی از گفتگوهای ما، روچا کاری را که اکنون انجام می‌دهند با کار اکولوژیکی انجام شده در اواسط قرن بیستم مقایسه کرد تا بفهمد که چگونه پراکنش عمودی گونه‌ها با بالا رفتن از یک کوه تغییر می‌کند. این موضوع نشان داد که محققانی که روی صخره‌های عمیق مزوفوتیک کار می‌کنند در مقایسه با همکارانشان که مثلا روی صخره‌های مرجانی کم‌عمق‌تر کار می‌کنند، چقدر عقب‌تر هستند. از او پرسیدم چه چیزی باعث شد روی چنین پازل دشواری کار کند.

او گفت: «این پاداش در پایان آن است.» «اگر این یک پازل سخت است، در پایان آن، پاداش همیشه بزرگتر است.»

"اما... در طول عمرمان، آیا ما پازل صخره های عمیق را جمع می کنیم؟" من پرسیدم.

روشا گفت: "نه، ما پازل را مونتاژ نمی کنیم، نه، اما ما قطعات خوبی را برای نسل بعدی تولید خواهیم کرد."