موهای ریز که به تنفس مرجان ها کمک می کنند ممکن است در گرم شدن اقیانوس ها دچار اختلال شوند

نسخه اصلی این داستان در مجله Quanta منتشر شد. آنها هر چیزی هستند جز. مرجان ها موجودات پیچیده ای هستند که مستعمرات ماندگاری را تشکیل می دهند و درست مانند سایر حیوانات برای زندگی به اکسیژن نیاز دارند. در سراسر سطح زنده مرجان، رقص دیوانه وار بقا در جریان است که برای چشمان ما نامرئی و برای علم تا قبل از سال 2014 ناشناخته است.

رقصنده های کوچک مژک های مو هستند و تحقیقات جدید در مورد این ساختارهای میکروسکوپی نشان می دهد که مرجان ها چقدر در تعیین سرنوشت خود فعال هستند. مرجان ها به اندازه کافی خوش شانس نیستند که یک منبع ثابت اکسیژن داشته باشند و نمی توانند مکان خود را برای جستجوی آن تغییر دهند. در طول روز، پولیپ‌های کوچکی که کلنی مرجانی را تشکیل می‌دهند، مقدار زیادی اکسیژن از جلبک‌های همزیست دریافت می‌کنند که در بافت‌هایشان فتوسنتز می‌کنند. اما در شب این فرآیند متوقف می‌شود و تنها منبع اکسیژن پولیپ مرجانی، آب اطراف آن است. سپس آن را انجام دهید یا برای گل مژه بمیرید.

با استفاده از مکانیسم‌هایی که دانشمندان هنوز در تلاش برای درک آن هستند، مژک‌ها در اطراف موج می‌زنند تا گرداب‌هایی از آب تولید کنند که به سرعت در حال حرکت هستند و اکسیژن را به بافت‌های بیرونی مرجان می‌رسانند، علاوه بر این به عاری از رسوب مستعمرات کمک می‌کنند. مطالعه ای که در ماه می 2026 در Science منتشر شد، بینش جدیدی در مورد اینکه چگونه موجودات بدون مغز یا سیستم اسکلتی عضلانی می توانند این فرآیند را تولید و تنظیم کنند - و وقتی آب اطراف آنها گرم می شود چه اتفاقی می افتد ارائه می دهد. آب گرمتر به طور طبیعی اکسیژن کمتری را حمل می‌کند، که باعث می‌شود مرجان‌ها سریع‌تر و سریع‌تر مژک‌های خود را حرکت دهند، گویی نفس نفس می‌کشند.

بالاتر از یک دمای معین، سیستم شروع به کار علیه خود می کند. ضربان خشمگین مژک ها هر گونه اکسیژنی را که بافت های مرجان می توانند جذب کنند مصرف می کند و سپس پولیپ ها در آب کم اکسیژن خفه می شوند. بیوفیزیکدانان، زیست شناسان دریایی، ریاضیدانان و مدل سازان اکنون برای درک بهتر نیروهای فیزیولوژیکی و هیدرودینامیکی در کار، و چگونگی ارتباط آنها با الگوهای سفیدکننده، بیماری های مرجانی، و مرگ های انبوه با یکدیگر همکاری می کنند. این تصویر پویا برای دانشمندانی که مدت‌هاست از شرکای جلبکی همزیست مرجان‌ها به‌عنوان شاخص سلامتی خود استفاده می‌کنند، تا حدودی جدید است.

راشل آلدردایس، زیست شناس دریایی که نشانگرهای تنش مرجانی و ژنومیک را در دانشگاه کنستانز آلمان مطالعه می کند و در این تحقیق دخالتی نداشته است، گفت که کیلیا ممکن است به عنوان یک سیگنال مستقیم تر عمل کند. این جزئیات دقیق‌تر است که می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم چرا برخی مرجان‌ها سفید می‌شوند و برخی دیگر نه، [حتی زمانی که] درست در کنار یکدیگر می‌نشینند.» هر مستعمره مرجانی توسط یک لایه مرزی نازک از آب محافظت می شود که حرکت آن در اثر اصطکاک در سطح مرجان کند می شود.

محققان فرض کردند که مرجان ها نسبت به لایه مرزی با حرکت آهسته منفعل هستند و صرفا به انتشار طبیعی از طریق آن برای تأمین مواد مغذی و اکسیژن تکیه می کنند. سپس، در سال 2014، تیمی از مؤسسه فناوری ماساچوست و مؤسسه علوم Weizmann یک مطالعه پیشگامانه را منتشر کردند که نشان می‌داد مژک‌های مرجانی با شلاق سریع با لایه‌ی مرزی برهم‌کنش می‌کنند و به سرعت در حال تولید چرخش‌هایی از آب تازه و اکسیژن‌دار دریا هستند. تا یک دهه پیش، دانشمندان این مژک ها را صرفا به عنوان جاروهایی می دانستند که مخاط را حرکت می دهند و ذرات ضایعات و سایر زباله ها را از بین می برند.

این تحقیق نه تنها گرداب های کوچک ایجاد شده توسط مژک ها را برای اولین بار مدل سازی کرد، بلکه اهمیت مژک را برای بقا و متابولیسم نشان داد. در ابتدا، اور شاپیرو، میکروبیولوژیست و مهندس محیط زیست، که در سال 2014 در MIT به عنوان دانشجوی فوق دکترا رهبری کار را بر عهده داشت، به این موضوع علاقه مند بود که چگونه میکروب هایی که مرجان ها را آلوده می کنند و باعث بیماری می شوند، شیب غلظت را دنبال می کنند، فرآیندی به نام کموتاکسی.

او در زیر میکروسکوپ متوجه چیز عجیبی شد: در لایه مرزی، ذرات در اطراف می‌چرخند و با هم مخلوط می‌شوند – اصلا شبیه انتشار غیرفعالی که او انتظارش را داشت نبود. شاپیرو که اکنون محققی در مؤسسه آتشفشانی در اسرائیل است، می‌گوید: «این برای من بود، و فکر می‌کنم بعدا در کل حوزه، نوعی تغییر پارادایم بود. مشخص شد که لایه مرزی ایستا نیست، بلکه یک منطقه پویا بوده و در آن مژک ها تلاطم خود را ایجاد می کنند. این درک، تیم شاپیرو را برانگیخت تا بر روی مماس حرکت کنند و جریان اکسیژن به بافت‌های مرجانی را از طریق مژه‌ها ترسیم کنند.

شاپیرو گفت: «این واقعا نحوه درک ما از این [ریز] محیط را تغییر داد، زیرا ناگهان انتشار دیگر واقعا مهم نیست. انتشار مسیر پیش‌فرض برای عبور مواد مغذی در آب است، اما به طرز دردناکی کند است. ممکن است چهار دقیقه طول بکشد تا اکسیژن فقط 1 میلی متر حرکت کند. به همین دلیل است که جریان‌های سریع ایجاد شده توسط مژه‌ها بسیار مهم هستند: زیرا جریان طبیعی آب در نزدیکی سطح مرجان کند می‌شود و مرجان‌ها اکسیژن را سریع‌تر از آنچه که انتشار می‌تواند آن را تامین کند، مصرف می‌کند. این سیستمی است که علیرغم مصرف انرژی مژک، اکسیژن کافی را ارائه می کند.

اما یک نکته منفی وجود دارد: با افزایش دما، اکسیژن کاهش می یابد. آن وقت است که مرجان ها دچار مشکل می شوند. اما گاهی اوقات، برخی از مرجان‌ها روی یک سفیدکننده صخره‌ها قرار می‌گیرند در حالی که برخی دیگر اینطور نیستند، و در موارد دیگر مرجان‌ها تحت تنش گرمایی بدون بیرون راندن جلبک‌های خود می‌میرند. یک تیم بین‌المللی از میکروبیولوژیست‌ها، مهندسان و فیزیولوژیست‌ها مشتاق بودند تا بفهمند گرما چگونه بر مژک‌ها تأثیر می‌گذارد و آیا این می‌تواند انواع مختلف مرگ مرجان‌ها را توضیح دهد. سزار پاچرز، یکی از نویسندگان مطالعه جدید و زیست شناس دریایی در دانشگاه کپنهاگ که مطالعه می کند، می گوید: «ما در حال حاضر در جهانی با سناریوهای شدید زندگی می کنیم.

دینامیک سیالات پاچرز گفت: با رایج‌تر شدن موج‌های گرمای دریایی، و از آنجایی که سال ال نینو به‌ویژه قوی‌تر را تهدید می‌کند که پنجمین رویداد سفیدکننده جهانی در اواخر سال 2026 را تسریع می‌کند، «مرجان‌ها می‌توانند در یک بازه زمانی چند ساعتی چندین درجه افزایش دما را تجربه کنند». برای بررسی تأثیر گرما بر مژک، تیم یک سری آزمایش 24 ساعته انجام داد. آن‌ها مرجان‌های سنگی آکواریومی به نام Porites lutea را در معرض دمای بالاتر آب تا 39 درجه سانتی‌گراد (بیش از 102 درجه فارنهایت) قرار دادند - یک سناریوی بسیار شدید، اما ممکن است رخ دهد.

آنها مخازن را تاریک نگه داشتند تا بهتر مشاهده کنند که مژک ها چگونه اکسیژن را در زمانی که جلبک ها تولید نمی کنند، منتقل می کنند. محققان هر ساعت مژک‌های میکروسکوپی را با دوربینی با سرعت بالا ضبط می‌کردند تا تعداد دفعات حرکت آن‌ها را هنگام قرار گرفتن در معرض آب گرم‌تر و گرم‌تر ثبت کنند. این تیم همچنین از فناوری به نام SensPIV برای ردیابی جریان اکسیژن استفاده کرد. نانوذرات فلورسنت و واکنش‌پذیر به اکسیژن، چرخش‌های آب را «ردیابی» کردند و نقشه‌ای واضح از نحوه مطابقت غلظت اکسیژن با گرداب‌های مژک ایجاد کردند. تجسم حرکت اکسیژن کلید یافته های تیم بود.

در آب‌های گرم‌تر، مرجان‌ها انرژی را سریع‌تر می‌سوزانند، که باعث افزایش تقاضای اکسیژن در مژک‌ها می‌شود. اما تنها اکسیژن محلول زیادی در آب اطراف موجود است و با افزایش دما، مژک ها در جنون خود شروع به فرستادن آب کمبود اکسیژن به سمت مرجان کردند.

مایکل کول، میکروبیولوژیست دریایی در دانشگاه کپنهاگ، می گوید: «نیاز به اکسیژن مرجان سریعتر از افزایش چرخش آب افزایش می یابد. هنگامی که آب به 37 درجه سانتیگراد (دمای بدن انسان) نزدیک شد، مژک ها شروع به کند شدن کردند. از 39 درجه سانتیگراد گذشته، آنها به طور کلی خاموش شدند و مرجان مرد.

اینها یافته هایی بود که آنها در مجله Science در ماه می 2026 گزارش کردند. Pacherres نسبت به تفسیر این محدودیت های دما به عنوان یک آستانه استاندارد هشدار داد. هر گونه مرجان با دامنه نوسانات دمای روزانه خود سازگار است. با این حال، تغییرات آب و هوایی شروع به سوق دادن بسیاری از مرجان‌ها به سمت محدودیت‌های مربوطه کرده است، با دمای بی‌سابقه آب‌های سطحی نزدیک به 38 درجه سانتی‌گراد در مکان‌هایی مانند فلوریدا. اینکه چرا مژک ها در آب گرمتر سریعتر حرکت می کنند یک راز باقی مانده است. شاید ویسکوزیته آب دریا – که با افزایش دما کاهش می‌یابد و آب را رقیق‌تر می‌کند – بر حرکت مژگانی تأثیر می‌گذارد.

شاپیرو گفت. مرجان‌ها فاقد سیستم عصبی مرکزی و مغز هستند، اما دارای نورون‌هایی هستند - در داخل شبکه عصبی که به آن شبکه عصبی می‌گویند - برای پردازش اطلاعات حسی. شاید مرجان گرما یا کمبود اکسیژن را حس کند و برخی مکانیسم های بیولوژیکی باعث تپش سریعتر شود. او گفت: «فیزیک، زیست‌شناسی، مهندسی، همه با هم ترکیب شده‌اند، و این چیزی است که آن را واقعا جالب می‌کند. در مقاله دیگری که توسط Pacherres و Kühl در ماه مه 2026 نوشته شد، آنها دریافتند که گرداب های مژگان شبیه به پیچ چوب پنبه هستند.

تلاطم ذرات ناخواسته را از سطح مرجان دور می کند در حالی که مواد مغذی را به سمت دهان پولیپ ها هدایت می کند. آنها دریافتند که مژک‌های روی هر پولیپ در واحدهای شش ضلعی قرار گرفته‌اند که حرکت مژگانی را روان نگه می‌دارد، که به توضیح اینکه چگونه مژک‌ها می‌توانند حرکت خود را برای تولید چرخش‌های قابل پیش‌بینی هماهنگ کنند، کمک می‌کند.

پاچرز گفت: «این نشان می‌دهد که ساختار اسکلت مرجانی و بافت زنده از نظر عملکردی یکپارچه هستند. او گفت که در مجموع، این مطالعات نشان می دهد که چگونه حرکت مژگانی که قبلا نادیده گرفته شده بود، به مرجان ها ثبات می بخشد و آنها را در برابر تغییرات محیطی محافظت می کند. Alderdice که در این مطالعات شرکت نداشت، گفت: رابطه بین گل مژه و سفید شدن مبهم است.

اما آزمایش گل مژه ها در شرایط سفید کردن بدون گرما - برای مثال با استفاده از نور قرمز، که می تواند باعث سفید شدن نیز شود - به پاسخ به این سوال کمک می کند. دیوید ساگت، زیست‌شناس دریایی در دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: دانشمندان از کار سال 2014 می‌دانستند که مژک‌ها به مرجان‌ها کمک می‌کنند وقتی جریان آب کم است، خود تهویه شوند. او گفت: «اما تا این مرحله، ما روی ماشین‌های مولکولی و متابولیک تمرکز می‌کردیم» تا بفهمیم مرجان‌ها چگونه تکامل یافته‌اند تا با شرایط کم اکسیژن مقابله کنند.

ما واقعا متوجه نبودیم که این مکانیسم‌های رفتاری-فیزیولوژیکی در حال بازی هستند.» برای ساگت، این تحقیق یک سوال مهم را مطرح می کند: این در مورد چگونگی برخورد مرجان ها با آب و هوای آینده چه می گوید؟ گاهی اوقات، مرجان های یک صخره به طور یکنواخت سفید نمی شوند، در حالی که برخی از افراد در حالی که همسایگانشان ادامه می دهند می میرند.

در تحقیقات جدید که توسط همکار سوگت، تاد تراسکات، انجام شد، زیست شناسان دریایی دریافتند که این الگوهای سفیدکننده تکه تکه با مناطقی با کاهش جریان آب مرتبط است - مناطقی که اکسیژن کمتری دریافت می کنند. در مرحله بعد، تیم Kühl و Pacherres می‌خواهند مرجان‌ها را تحت شرایط مختلف آزمایش کنند - به‌ویژه در چرخه‌های معمولی نور تا تاریکی - و مکانیسمی را که باعث ضربان مژگانی می‌شود، درک کنند.

آیا این یک فرآیند مولکولی است که حرکت آنها را فعال می کند؟ فیزیک آب دریا گرمتر؟ کمی از هر دو، یا چیز دیگری؟ ساگت گفت، تنها در دهه گذشته است که دانشمندان به نقش اکسیژن زدایی در سلامت مرجان ها پی برده اند. اسیدی شدن اقیانوس به عنوان نگرانی اصلی مرجان ها در اوایل دهه 2000 در کانون توجه قرار گرفت. او گفت که در گذشته، اکسیژن زدایی یک مسئله بسیار بزرگتر بود. تحقیقات جدید نشان می دهد که اکسیژن زدایی، نه فقط سفید کردن، یک تهدید مهلک برای مرجان های ناشی از آب و هوای گرمتر است. ساگت گفت: «ما در حال بازی کردن بزرگ هستیم.

«مقدار اطلاعاتی که ما به سرعت جمع‌آوری می‌کنیم نشان می‌دهد که مرجان‌ها چه مشکلی دارند – به طوری که ما واقعا شروع به بازبینی الگوهای قدیمی نقش سایر عوامل محیطی مانند دما و نور کرده‌ایم، جایی که در واقع می‌توانست اکسیژن باشد که در تمام طول مدت اسلحه دود کردن بوده است.»

داستان اصلی با مجوز از مجله Quanta، یک نشریه مستقل از بنیاد سیمونز که مأموریت آن افزایش درک عمومی از علم با پوشش پیشرفت‌ها و گرایش‌های تحقیقاتی در ریاضیات و علوم فیزیکی و زیستی است، تجدید چاپ شده است.