یادداشت
در بیست و هشتمین نشست هیات امنای دانشگاه آزاد اسلامی اصفهان مطرح شد
وقتی آب به سدی نامرئی برای جانوران تبدیل میشود
وقتی دانشمندان برای مطالعه دستگاه عصبی عروسهای دریایی جعبهای به تالابهای پارک ملی اورگلیدز آمریکا رفته بودند، با پدیدهای غیرمنتظره روبهرو شدند؛ جانورانی که همیشه نزدیک سطح آب دیده میشدند، پس از یک بارندگی شدید ناگهان ناپدید شدند.
نخستین حدس این بود که رفتار آنها تغییر کرده است؛ اما آزمایشهای بعدی نشان داد ماجرا چیز دیگری است. پژوهشگران دریافتند اختلاف شوری میان لایههای آب، مرزی نامرئی به نام «هالوکلاین» ایجاد میکند؛ لایهای که مانند یک سد فیزیکی عمل میکند و حتی وقتی عروسهای دریایی با تمام توان به سمت بالا شنا میکنند، مانع عبور آنها میشود.
این یافته که بهتازگی در Journal of Experimental Biology منتشر شده، میتواند درک دانشمندان از علت جابهجایی بسیاری از جانداران آبزی و حتی روابط شکارچی و طعمه را دگرگون کند. برای آشنایی بیشتر با جزئیات این کشف خبرنگار «آناتک» با «یان فریبرگ» (Jan Freiberg)، پژوهشگر دکتری دانشگاه کیل و نویسنده نخست این پژوهش، گفتوگو کرده است که مشروح آن را در ادامه میخوانید.
چه چیزی نخستین بار باعث شد گمان کنید ناپدید شدن عروسهای دریایی از نزدیکی سطح آب پس از بارندگی، ممکن است ناشی از یک سازوکار فیزیکی باشد، نه رفتار خود جانور؟
گونه «تریپدالیا سیستوفورا» (Tripedalia cystophora)، یکی از عروسهای دریایی جعبهای، معمولا گرایش بسیار زیادی دارد که در نزدیکی سطح آب و در نواحی آفتابگیر باقی بماند؛ جایی که از سختپوستان ریز موسوم به کوپهپوداها (پاروپایان) تغذیه میکند. در جریان مطالعات میدانی خود، بارها این رفتار مشخصِ گرایش به سطح آب را مشاهده کرده بودیم.
با این حال، پس از بارندگی شدید در پارک ملی اورگلیدز، دیگر نتوانستیم این جانوران را در نزدیکی سطح آب پیدا کنیم، با وجود اینکه سایر شرایط محیطی، به طور کلی، مشابه به نظر میرسید و نور خورشید همچنان وجود داشت. اندازهگیریها نشان داد شوری آب سطحی به طور قابل توجهی کمتر از شوری آب در لایههای عمیقتر است.
این مشاهده به تنهایی ثابت نمیکرد که این جانوران از نظر فیزیکی با محدودیت مواجه شدهاند. با این حال، این احتمال را مطرح کرد که شاید گرادیان شوری ایجاد شده در اثر بارندگی، مانع رسیدن آنها به سطح آب میشود. همین احتمال، به فرضیهای تبدیل شد که بعدها آن را در شرایط کنترلشده آزمایشگاهی مورد آزمون قرار دادیم.
برای خوانندگانی که شاید با فیزیک اقیانوس آشنا نباشند، ممکن است به طور خلاصه توضیح دهید «شوریشیب» (هالوکلاین) چیست و چگونه پس از بارندگی شدید در محیطهای ساحلی شکل میگیرد؟
شوریشیب لایهای گذار است که در آن، شوری آب با افزایش عمق به سرعت تغییر میکند. از آنجا که آب شیرین چگالی کمتری نسبت به آب دریا دارد، بارندگی یا ورود آب شیرین از رودخانهها میتواند لایهای نسبتا کمشور در سطح آب ایجاد کند که بر روی آب متراکمتر و شورتر قرار میگیرد.
اگر باد، امواج، جزر و مد و جریانهای آب نتوانند ستون آب را به سرعت با یکدیگر مخلوط کنند، این دو لایه میتوانند به صورت عمودی از یکدیگر جدا باقی بمانند. در این صورت، ناحیه گذار میان آنها یک «هالوکلاین» و به دنبال آن یک گرادیان چگالی را تشکیل میدهد. این گرادیان، هرچند نامرئی است، میتواند آثار فیزیکی قابل توجهی بر ذرات و جاندارانی که از میان آن حرکت میکنند، داشته باشد.
آیا این یافته به این معناست که موانع فیزیکی نامرئی در اقیانوسها شاید نقش بزرگتری از آنچه تاکنون تصور میکردیم، در تعیین محل زندگی جانداران دریایی داشته باشند؟
به طور بالقوه، بله؛ هرچند نباید این اثر را پدیدهای همگانی در نظر گرفت. آزمایشهای ما نشان میدهد که اگر مقاومتی که یک گرادیان چگالی ایجاد میکند از نیروی رانش و تکانهای که یک جانور قادر به تولید آن است بیشتر باشد، این گرادیان میتواند مانند یک مانع فیزیکی عمل کند.
بنابراین، شدت این اثر هم به ویژگیهای خود گرادیان و هم به توانایی شنا، اندازه، شکل بدن و شناوری جاندار بستگی خواهد داشت. در شرایط مناسب، چنین مرزهایی میتوانند بر توزیع عمودی جانداران اثر بگذارند و حتی شکارچیان را از طعمههایشان جدا کنند، با وجود اینکه جانوران همچنان به تلاش برای حرکت در ستون آب ادامه میدهند.
ممکن است به زبان ساده توضیح دهید که چگونه حرکت خود عروس دریایی در آب لایهبندیشده، مقاومت بیشتری ایجاد میکند؟
وقتی یک عروس دریایی در آبی با چگالی یکنواخت شنا میکند، عمدتا باید بر مقاومت معمول هیدرودینامیکی غلبه کند. اما در آبی که به صورت لایهبندیشده است، فرآیند دیگری نیز رخ میدهد.
هنگامی که عروس دریایی به سمت بالا حرکت میکند، لایههای دارای چگالی متفاوت را دچار تغییر شکل میکند و بخشی از آب متراکمترِ لایههای زیرین را با خود به لایه سبکترِ بالایی منتقل میکند یا آن را به سمت بالا میراند. بالا بردن و بازآرایی این آب متراکمتر نیازمند صرف انرژی است؛ بنابراین، آن انرژی دیگر برای بالا بردن خود عروس دریایی در دسترس نخواهد بود.
به این اتلاف اضافی تکانه، «پسار ناشی از لایهبندی» (Stratification drag) گفته میشود. این نیروی پسار، همراه با پسار هیدرودینامیکی و نیروهای شناوری میتواند سرعت عروس دریایی را به اندازهای کاهش دهد که نتواند از تمام لایه هالوکلاین عبور کند.
آیا فکر میکنید این پدیده ممکن است بر جانداران دیگری مانند پلانکتونها، لاروها یا ماهیان کوچک که در آبهای ساحلی لایهبندیشده زندگی میکنند نیز اثر بگذارد؟
بله، این فرضیه معقول است که آثار فیزیکی مشابهی بر جانداران دیگر، بهویژه پلانکتونها، لاروها و دیگر شناگران نسبتا کوچک یا ضعیف نیز تأثیر بگذارد. پژوهشهای پیشین نیز نشان دادهاند که گرادیانهای چگالی میتوانند بر توزیع عمودی چندین جاندار پلانکتونی اثر بگذارند.
با این حال، گونههای مختلف ممکن است واکنشهای بسیار متفاوتی نشان دهند. برخی جانداران قادرند شناوری خود را تنظیم کنند، در حالی که برخی دیگر ممکن است نیروی رانش کافی برای عبور از این گرادیان را تولید کنند. برای نمونه، بسته به توانایی شنا، ممکن است ماهیان کوچک نسبت به لاروهای پلانکتونی با محدودیت کمتری مواجه شوند.
بنابراین، احتمالا شدت این اثر به قدرت و ضخامت گرادیان چگالی، همچنین به اندازه جاندار، شکل بدن، سرعت شنا و شیوه حرکت آن بستگی دارد. پژوهش ما این گروههای دیگر را بررسی نکرد؛ ازاینرو، این موضوع همچنان یکی از پرسشهای مهم برای تحقیقات آینده باقی میماند.
با توجه به اینکه انتظار میرود تغییرات اقلیمی الگوهای بارندگی و لایهبندی آبهای ساحلی را تغییر دهد، آیا ممکن است این پدیده در آینده برای اکوسیستمهای دریایی اهمیت بیشتری پیدا کند؟
این پرسش مهمی است، اما پژوهش ما سناریوهای مرتبط با تغییرات اقلیمی را بررسی نکرده است و پیامدهای آن احتمالا در مناطق مختلف تفاوت قابل توجهی خواهد داشت.
اگر تغییرات در بارندگی یا ورود آب شیرین باعث شود لایههای آب شیرین سطحی با فراوانی بیشتر یا شدت بیشتری تشکیل شوند و این لایهها نیز بهسرعت بر اثر باد، جزر و مد یا جریانهای آب با سایر لایهها مخلوط نشوند، در این صورت ممکن است موانع فیزیکی ناشی از لایهبندی در برخی زیستگاههای ساحلی با دفعات بیشتری شکل بگیرند یا برای مدت طولانیتری پایدار بمانند.
با این حال، افزایش بارندگی الزاما به تشکیل هالوکلاینهای قویتر منجر نمیشود؛ زیرا شکلگیری و ماندگاری این لایهها علاوه بر بارش، به میزان درهمآمیختگی لایههای آب، جریانهای دریایی، جزر و مد و شکل هندسی پهنه آبی نیز بستگی دارد؛ بنابراین، هرگونه پیشبینی گسترده درباره پیامدهای بومشناختی باید با احتیاط انجام شود.
آیا این مشاهده غیرمنتظره در طبیعت مسیر پژوهشهای شما را تغییر داد یا پرسشهای تازهای درباره تعامل میان زیستشناسی و فیزیک ایجاد کرد؟
تمرکز اصلی پژوهشهای ما همچنان بر مطالعه دستگاه عصبی عملکردی گونه T. cystophora، بهویژه سازوکارهای دخیل در پردازش اطلاعات بینایی، باقی مانده است. این پروژه نه در نتیجه یک تغییر برنامهریزیشده در مسیر پژوهش، بلکه از یک مشاهده غیرمنتظره در مطالعات میدانی شکل گرفت.
اگرچه این پروژه جایگزین برنامه اصلی پژوهشی ما نشده است، اما پرسشهای میانرشتهای جدیدی را پیش روی ما قرار داده است. این پژوهش نشان میدهد که هنگام تفسیر الگوهای پراکنش جانوران، باید پردازش حسی، توانایی حرکتی و فیزیک محیط را به صورت همزمان در نظر گرفت.
امیدواریم پژوهشگرانی که روی دیگر جانداران آبزی کار میکنند، بررسی کنند که آیا آثار مشابهی در گونهها و زیستگاههای دیگر نیز رخ میدهد یا خیر.
در مقیاسی گستردهتر، آیا این مرزهای فیزیکی نامرئی میتوانند تغییرات ناگهانی در محل حضور جانوران دریایی در اکوسیستمهای ساحلی را توضیح دهند؟
بله، آنها ممکن است یکی از توضیحهای ممکن برای این پدیده باشند. ورود ناگهانی آب شیرین یا تغییر در نحوه مخلوط شدن لایههای آب میتواند نسبتا سریع یک مرز چگالی را ایجاد یا از بین ببرد. بنابراین، ممکن است جانوران از یک لایه سطحی ناپدید شوند، در حالی که ترجیحات رفتاری آنها هیچ تغییری نکرده باشد.
با این حال، لایهبندی فیزیکی تنها یکی از چندین توضیح ممکن برای تغییر در پراکنش جانوران است. دما، غلظت اکسیژن، جریانهای آب، میزان دسترسی به غذا و همچنین پاسخهای رفتاری فعال جانوران نیز ممکن است نقش مهمی در این زمینه داشته باشند.
انتهای پیام/
