From agent-based dynamics to a kinetic theory of jellyfish swarms

نادراً ما يكون المحيط فارغاً، حتى عندما يبدو كذلك. ففي أجزاء كثيرة من البحر، لا تكتفي الحياة بالانجراف فحسب، بل تتجمع. يمكن لسحب هائلة من قناديل البحر أن تمتد لعشرات الكيلومترات، وتضم ملايين الأفراد الذين يتحركون ككيان واحد متغير. لفترة طويلة، نظر العلماء إلى هذه الأسراب على أنها مجرد عوالق سلبية، تجرفها الرياح والأمواج مثل أوراق الشجر في مجرى مائي. وقد أوحى هذا المنظور بأنه إذا عرفت كيفية تحرك تيارات المحيط، يمكنك التنبؤ بالمكان الذي ستنتهي إليه قناديل البحر. ومع ذلك، فإن الملاحظات الأخيرة قد تحدت هذه الصورة البسيطة؛ إذ إن بعض الأنواع، مثل قناديل البحر الرحالة الموجودة في البحر الأبيض المتوسط، ليست مجرد كائنات عائمة، بل هي سباحة قوية. فهي تدفع بقوة ضد التيار، وغالباً ما تتحرك في الاتجاه المعاكس لتدفق المياه. وتوحي هذه القدرة على السباحة عكس التيار، والمعروفة باسم "الانتحاء المائي الإيجابي" (positive rheotaxis)، بأن قناديل البحر تتخذ قرارات، وتستجيب لإشارات غير مرئية في بيئتها، وربما تتواصل مع بعضها البعض. إن فهم كيفية تحرك هذه المخلوقات ليس مجرد مسألة فضول بيولوجي؛ بل هو أمر بالغ الأهمية للتنبؤ بموعد ومكان تشكل هذه الأسراب الضخمة، والتي يمكن أن تؤثر على النظم البيئية الساحلية، ومصايد الأسماك، والسياحة.

لقد اتخذ فريق من الباحثين في جامعة تل أبيب خطوة مهمة نحو حل هذا اللغز من خلال بناء إطار رياضي جديد يربط بين سلوك قنديل البحر الواحد وحركة السرب بأكمله. وينتقل عملهم بعيداً عن تتبع كل حيوان على حدة، وهي طريقة تصبح مستحيلة عند التعامل مع ملايين الكائنات، وبدلاً من ذلك يعاملون السرب كسائل مستمر. لقد بدأوا بنموذج يصف كيفية تفاعل قنديل البحر الواحد مع محيطه: فهو يسبح بسرعة تتغير بتغير التيار، ويتجه بشكل عشوائي بسبب الاضطرابات أو عدم القدرة على التنبؤ بحركته، ويوجه نفسه نحو الظروف المواتية. قد تشمل هذه الظروف المواتية السباحة عكس التدفق، أو تجنب المناطق ذات المياه المضطربة، أو اتباع إشارة كيميائية تطلقها قناديل بحر أخرى. وأدرك الباحثون أنه بينما تحدث هذه الأفعال الفردية بسرعة، فإن الحركة الإجمالية للسرب تتطور ببطء أكبر، مدفوعة بتيارات المحيط واسعة النطاق.

ومن خلال الفصل بين ردود الفعل الفردية السريعة والحركة البطيئة للمجموعة، استنتج الفريق مجموعة من المعادلات التي تصف كثافة السرب واتجاهه دون الحاجة إلى محاكاة كل قنديل بحر على حدة. هذا النهج، المعروف بالنظرية الحركية (kinetic theory)، يسمح لهم بحساب كيفية انتشار السرب، أو تركزه، أو تشتته بمرور الوقت. ومن النتائج الرئيسية لعملهم أن سلوك السرب ليس مجرد نتيجة لدفع المحيط لهم؛ بل إن قناديل البحر تشكل توزيعها بنشاط. فعندما تسبح عكس التيار أو تتبع أثراً كيميائياً، يمكنها تكوين بقع كثيفة تستمر حتى في التيارات الضعيفة. كما أدرج الباحثون آلية للإشارات الكيميائية، مما يشير إلى أن قناديل البحر تطلق مادة في الماء تجذب الآخرين، مما يخلق حلقة تغذية راجعة تساعد السرب على البقاء متماسكاً. وهذه الإشارة الكيميائية ليست علامة دائمة، بل تنتشر وتتلاشى، مما يعني أن السرب يجب أن يجدد تماكسه باستمرار من خلال السباحة النشطة والاستشعار.

ويستبعد البحث صراحةً فكرة أن هذه الأسراب تتشكل فقط عن طريق "النقل السلبي" (passive advection)، حيث يقوم المحيط ببساطة بتركيز الكائنات الجارفة. ويجادل المؤلفون بأنه بدون قدرة قناديل البحر النشطة على السباحة عكس التدفق والاستجابة للإشارات البيئية، لن يكون من الممكن رؤية الهياكل المتماسكة الكبيرة الملاحظة في العالم الحقيقي. كما أوضحوا أنه بينما تصطدم قناديل البحر ببعضها البعض، فإن هذه الاصطدامات هي في الغالب مجرد لمسات سلبية لا تقود تنظيم السرب؛ بل إن التنظيم يأتي من كيفية تفاعل كل قنديل بحر مع الماء والإشارات الكيميائية. ويشير النموذج إلى أن التوازن بين رغبة قنديل البحر في السباحة في اتجاه معين والاضطرابات العشوائية الناتجة عن الاصطدامات أو الاضطرابات هو ما يحدد مدى تماسك السرب. فإذا كانت الرغبة في السباحة معاً قوية، يصبح السرب مجموعة ضيقة وموجهة؛ أما إذا سادت الحركات العشوائية، فإن السرب يتشتت.

يوفر هذا الإطار الجديد أداة عملية لعلماء المحيطات. ولأن المعادلات مبسطة للتركيز على الحركة واسعة النطاق، يمكن دمجها في نماذج الكمبيوتر الموجودة التي تحاكي تيارات المحيط. وهذا يعني أنه في المستقبل، يمكن للعلماء نظرياً التنبؤ بتشكل أسراب قناديل البحر بدقة أكبر، تماماً مثل التنبؤ بالطقس. ويقر الباحثون بأن نموذجهم يعتمد على عدة افتراضات لا تزال بحاجة إلى اختبار مقابل بيانات العالم الحقيقي. فعلى سبيل المثال، لا تزال الإشارة الكيميائية الدقيقة التي تستخدمها قناديل البحر فرضية، كما أن قوة استجابتها لمختلف المحفزات تحتاج إلى قياس في تجارب منضبطة. ويقترح الفريق خارطة طريق للمستقبل، تتضمن استخدام الطائرات بدون طيار لتتبع الأسراب في البرية وإجراء تجارب في خزانات مائية لمعرفة كيفية تفاعل قناديل البحر مع تيارات وكيميائيات محددة. ومن خلال الجمع بين هذه الملاحظات ونموذجهم الرياضي، يأملون في تنقيح المعايير وفي النهاية إنشاء نظام موثوق للتنبؤ بهذه الأحداث البيولوجية الضخمة.

يمثل هذا العمل جسراً بين العالم المجهري لسلوك الحيوان الفردي والعالم الكلي لديناميكيات المحيط. فهو يغير المنظور من اعتبار قناديل البحر ضحايا سلبيين لحركة المحيط إلى مشاركين نشطين يشكلون مصيرهم بأنفسهم. ورغم أن النموذج لا يزال حالياً بناءً نظرياً، إلا أنه يقدم مساراً واضحاً للمضي قدماً. فهو يشير إلى أن لغز سرب قناديل البحر لا يتعلق فقط باتجاه حركة المياه، بل بكيفية اتخاذ قناديل البحر لقرار بشأن وجهتها. ومن خلال فهم هذه القرارات، يمكن للعلماء أن يبدأوا في رؤية المحيط ليس فقط كسائل يحرك الأشياء، بل كبيئة معقدة تتنقل فيها الحياة بنشاط، وتتواصل، وتنظم نفسها على نطاق واسع.