From green to red: experimental evidence for pigment-driven snow darkening

إن الثلج ليس مجرد غطاء أبيض ساكن؛ ففي المناطق القطبية والجبلية العالية، هو مشهد طبيعي حي يتغير لونه. فعندما يذوب الثلج، غالبًا ما يكشف عن لوحة ألوان نابضة بالحياة ومتغيرة مدفوعة بحياة مجهرية. ومن بين أبرز هذه الكائنات الحية طحالب الثلج، وهي كائنات دقيقة تزدهر في الظروف الباردة والرطبة. تحتوي هذه الطحالب على أصباغ، وهي نفس أنواع الأصباغ الطبيعية التي تمنح النباتات لونها الأخضر أو تحول أوراق الخريف إلى اللون الأحمر. وفي سياق الثلج، تفعل هذه الأصباغ أكثر من مجرد تلوين الجليد؛ فهي تغير كيفية تفاعل الثلج مع ضوء الشمس. فالثلج الأبيض يعكس معظم طاقة الشمس عائدة إلى الفضاء، مما يحافظ على برودة السطح. وعندما يغمق لون الثلج، فإنه يمتص مزيدًا من الحرارة، مما يعجل من عملية الذوبان. لسنوات، عرف العلماء أن طحالب الثلج تسبب هذا التغمق، لكن سؤالًا محددًا ظل صعب الإجابة: هل التغمق ناتج ببساطة عن وجود المزيد من الطحالب، أم أنه ناتج عن الألوان المحددة التي تنتجها تلك الطحالب؟ لقد كان التمييز بين العدد الهائل للخلايا وكثافة صبغها أمرًا مستحيلاً تقريبًا في البرية، حيث تتغير الرياح ودرجة الحرارة والبنية الفيزيائية للثلج نفسه باستمرار.

ولحل هذا اللغز، لجأ الباحثون إلى تجربة منضبطة عزلت متغير اللون عن متغير الكمية. لقد عملوا مع نوع محدد من طحالب الثلج يُعرف باسم "هيماتوكوكوس" (Haematococcus)، والذي يمكن أن يوجد في مراحل تطور مختلفة ويظهر ألوانًا مختلفة. جمع العلماء هذه الطحالب وزرعوها بطريقة سمحت لهم بمقارنة ثلاث مجموعات متميزة: الخلايا الشبيهة بالحثيرات الخضراء، والخلايا الشبيهة بالحثيرات البرتقالية، والخلايا الشبيهة بالحثيرات الحمراء. ومن الأهمية بمكان أنهم ضمنوا أن عدد الخلايا في كل مجموعة كان متماثلاً وأنها كانت في نفس مرحلة التطور. هذا الإعداد أزال الارتباك المعتاد الموجود في الطبيعة، حيث قد تكون بقعة الثلج الداكنة ناتجة ببساطة عن وجود المزيد من الطحالب بدلاً من اختلاف أنواع الطحالب. وباستخدام أداة متخصصة تقيس الضوء عبر الطيف المرئي بأك ability، لاحظ الفريق كيف تعكس كل مجموعة من الطحالب الضوء. ووجدوا أنه مع تحول الخلايا من اللون الأخضر إلى البرتقالي وأخيرًا إلى الأحمر، تتغير كيمياؤها الداخلية. فقد احتوت الخلايا الحمراء على تركيزات أعلى من صبغة محددة تسمى "أستاكسانثين" (astaxanthin)، بينما ظل مقدار الصبغة الخضراء، "كلوروفيل-أ" (chlorophyll-a)، ثابتًا نسبيًا.

كانت نتائج هذه المقارنة واضحة ومباشرة. فعندما قاس الباحثون الضوء المرتد عن العينات المختلفة، لاحظوا انخفاضًا هائلاً في الانعكاس مع تحول الطحالب إلى اللون الأكثر احمرارًا. فمقارنة بالخلايا الخضراء، كانت الخلايا البرتقالية تعكس ضوءًا أقل بنسبة 30 بالمائة تقريبًا، بينما كانت الخلايا الحمراء تعكس ضوءًا أقل بنسبة 40 بالمائة تقريبًا. لم يكن هذا الانخفاض عشوائيًا؛ إذ كان إجمالي كمية الضوء المنعكس عبر الطيف المرئي مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بمقدار وجود "الأستاكسانثين". فكلما زادت كمية هذه الصبغة الحمراء التي تحملها الخلايا، بدا الثلج أكثر قتامة بالنسبة للجهاز. توفر هذه النتيجة أول دليل تجريبي مباشر على أن الصبغة نفسها هي محرك رئيسي لتغمق لون الثلج، بشكل مستقل عن عدد الخلايا الموجودة. وهي تشير إلى أنه في العالم الطبيعي، فإن اللون المحدد للطحالب يهم بقدر أهمية كثافة ازدهارها. وبينما تجعل الظروف الميدانية من الصعب رؤية هذا التأثير بوضوح بسبب الاختلافات في نسيج الثلج وعوامل أخرى، فإن التجربة تؤكد أن تراكم "الأستاكسانثين" هو آلية جوهرية تقلل من الانعكاس. وبناءً على ذلك، عندما يتنبأ العلماء بمقدار ذوبان الثلج بسبب النشاط البيولوجي، يجب عليهم ألا ينظروا فقط إلى الكتلة الحيوية للطحالب، بل أيضًا إلى الحالة الفسيولوجية للخلايا والصبغات المحددة التي تنتجها.