Abundance and trends of harbor seals (Phoca vitulina richardii) in Alaska, 1996-2023
يكشف تحليل بايزي استمر لمدة 28 عاماً لفقمات الموانئ في المحيط الهادئ في ألاسكا عن تعداد وفير إجمالاً يتجاوز 200,000 فرد في عام 2023، رغم أن الاتجاهات قد تحولت من النمو الأولي إلى تقلبات وانخفاضات إقليمية مؤخراً مرتبطة بالظواهر المناخية الشاذة وتراجع الجليد.
المؤلفون الأصليون:Boveng, P. L., Brady, G. M., Cameron, M. F., Christman, C. L., Dahle, S. P., Hiruki-Raring, L. M., Jansen, J. K., Koslovsky, S. M., London, J. M., McClintock, B. T., Montgomery, R. A., Moreland, E. E.Boveng, P. L., Brady, G. M., Cameron, M. F., Christman, C. L., Dahle, S. P., Hiruki-Raring, L. M., Jansen, J. K., Koslovsky, S. M., London, J. M., McClintock, B. T., Montgomery, R. A., Moreland, E. E., Richmond, E. L., Simpkins, M. A., Ver Hoef, J. M., Walcott, S. M., Withrow, D. E., Womble, J. N., Yano, K. M., Ziel, H. L.
المؤلفون الأصليون: Boveng, P. L., Brady, G. M., Cameron, M. F., Christman, C. L., Dahle, S. P., Hiruki-Raring, L. M., Jansen, J. K., Koslovsky, S. M., London, J. M., McClintock, B. T., Montgomery, R. A., Moreland, E. E., Richmond, E. L., Simpkins, M. A., Ver Hoef, J. M., Walcott, S. M., Withrow, D. E., Womble, J. N., Yano, K. M., Ziel, H. L.
تعد فقمات الهافور الهادئة أكثر الثديات البحرية شيوعاً على طول سواحل ألاسكا، حيث تمتد من المياه الجليدية في بحر بيرينغ وصولاً إلى الأخوار المعتدلة في جنوب شرق ألاسكا. تقضي هذه الحيوانات معظم وقتها في الماء بحثاً عن الأسماك، لكن يتعين عليها مغادرة المحيط للراحة، والولادة، ونسل فرائها القديم. ولأنها تكون مرئية للغاية عندما تكون خارج الماء، فقد استخدم العلماء منذ فترة طويلة المسوحات الجوية — وهي طائرات تحلق فوق الساحل لعدّها — كوسيلة أساسية لتتبع أعدادها. ومع ذلك، فإن عدّ هذه الفقمات أمر صعب؛ فهي لا تتواجد دائماً حيث تنظر الطائرات، إذ تغوص تحت الماء، وتتنقل بين أماكن استراحة مختلفة، وغالباً ما تكون مختبئة بسبب الطقس أو الوقت من اليوم. وللحصول على صورة دقيقة لعدد الفقمات الموجودة، يجب على الباحثين مراعاة تلك التي لا يمكنهم رؤيتها. ويعد هذا التحدي المتمثل في عد الحيوانات التي تظهر جزئياً فقط أمراً مركزياً لفهم صحة هذا النوع والنظام البيئي الذي تعيش فيه، خاصة مع تغير المناخ وتحول البيئة من حولها.
وقد قدمت دراسة جديدة شاملة الآن النظرة الأكثر تفصيلاً حتى الآن على هذه المجموعات، حيث حللت بيانات جُمعت على مدار ثمانية وعشرين عاماً، من عام 1996 إلى عام 2023. لم يكتف الفريق البحثي، وهو مجموعة كبيرة من العلماء من الوكالات الحكومية والجامعات، بمجرد عد الفقمات التي رأوها من الجو، بل بنوا نموذجاً إحصائياً متطوراً يجمع بين تلك العدات الجوية وبيانات من علامات إلكترونية صغيرة تم تثبيتها على فقمات فردية. هذه العلامات، المعروفة باسم "أجهزة تسجيل البيانات الحيوية" (bio-loggers)، سجلت بدقة متى كانت كل فقمة موسومة على اليابسة ومتى كانت في الماء. ومن خلال فهم العادات اليومية والموسمية لهذه الحيوانات الموسومة، استطاع العلماء تقدير عدد الفقمات غير الموسومة التي كان من المرجح أن تكون مختبئة تحت الماء في اللحظة ذاتها التي مرت فيها الطائرات فوقها. سمحت هذه الطريقة بتصحيح الأعداد الخام وإنتاج تقدير موثوق لإجمالي عدد السكان لاثنتي عشرة مجموعة متميزة، أو "أسراب"، من فقمات الهافور عبر ألاسكا.
تظهر النتائج قصة معقدة من التعافي يليه عدم استقرار مؤخرًا. ففي النصف الأول من فترة الدراسة، نما العدد الإجمالي لفقمات الهافور في ألاسكا، ليصل إلى ذروة تبلغ حوالي 225,000 فرد في عام 2015. كان هذا النمو علامة إيجابية بعد عقود من التراجع الملحوظ في العقود السابقة. ومع ذلك، تغير هذا الاتجاه منذ تلك الذروة. فبينما لا يزال العدد الإجمالي للفقمات مرتفعاً، مع تقدير وجود 201,122 فرداً في عام 2023، إلا أن النمو لم يعد منتظماً. وتكشف الدراسة أن مجموعات مختلفة من الفقمات تتحرك في اتجاهات مختلفة؛ فبعض الأسراب، لا سيما في خليج بريستول، استمرت في النمو، بينما انخفضت أعداد أخرى، مثل مجموعات "برينس ويليام ساوند" و"ساوث كودياك"، بشكل ملحوظ، حيث أظهرت بعض هذه المجموعات انخفاضاً بنسبة تقارب ثلاثة بالمائة سنوياً خلال السنوات الثماني الماضية.
وجد الباحثون أن هذه التراجعات الأخيرة في مناطق محددة تتزامن مع تغيرات بيئية كبرى. فقد شهدت السنوات التي أعقبت ذروة عام 2015 سلسلة من موجات الحر البحرية — وهي فترات من مياه المحيط الدافئة بشكل غير عادي — وتراجعاً سريعاً في الأنهار الجليدية التي تصل إلى حافة المياه والتي تعتمد عليها العديد من الفقمات للراحة. وفي بعض الأخوار الجليدية، ذاب الجليد أو استقر في مكانه، مما أدى إلى إزالة المنصات العائمة التي تتجمع عليها الفقمات تقليدياً للانسلاخ والولادة. وتشير الدراسة إلى أن فقدان موئل الجليد هذا، جنباً إلى جنب مع ضغوط ظروف المحيط الأكثر دفئاً، قد يكون هو ما يدفع التعداد نحو الانخفاض في هذه المناطق المحددة. وعلى العكس من ذلك، في المناطق التي يظل فيها الجليد موجوداً أو حيث تعتمد فيها الفقمات على الشواطئ الصخرية بدلاً من الجليد، ظلت المجموعات مستقرة أو استمرت في النمو.
هذا العمل هو أكثر من مجرد عملية إحصاء؛ فهو يوفر أداة حاسمة لإدارة هذا النوع. ولأن الدراسة تأخذ في الاعتبار عدم اليقين في البيانات، فإنها تمنح المديرين صورة واضحة عن أي المجموعات سليمة وأيها معرض للخطر. وتؤكد النتائج أنه بينما لا تواجه فقمة الهافور خطراً بالانقراض في ألاسكا ككل، فإن هذا النوع يواجه ضغوطاً جديدة. وتتحرك الدراسة صراحة بعيداً عن فكرة أن رقماً واحداً يمكن أن يصف صحة جميع الفقمات في الولاية، وبدلاً من ذلك، تسلط الضوء على أن مصير هذه الحيوانات محلي ومحدد، ومرتبط ارتباطاً وثيقاً بالظروف المتغيرة في محيطها المباشر. وتؤكد الأبحاث أن فقمة الهافور تظل جزءاً حيوياً من النظام البيئي لألاسكا، حيث تعمل كمؤشر رئيسي لصحة المياه الساحلية ومورد حيوي للمجتمعات الأصلية التي اعتمدت عليها لأجيال. ومن خلال فهم الاتجاهات الخاصة بكل سرب، يمكن للعلماء والمديرين الآن اتخاذ قرارات أكثر استنارة لحماية هذه الحيوانات مع استمرار تغير بيئات القطب الشمالي وشبه القطب الشمالي.
ملخص تقني: وفرة واتجاهات فقمات الميناء في ألاسكا (1996–2023)
بيان المشكلة تُعد فقمات الميناء الباسيفيكية (Phoca vitulina richardii) مكوناً حيوياً في النظام البيئي البحري في ألاسكا، حيث تعمل كمفترسات في المستويات الغذائية العليا ومورداً حيوياً للمجتمعات الأصلية في ألاسكا. ومع ذلك، كانت ديناميكيات أعدادها معقدة، حيث لوحظت انخفاضات تاريخية في أواخر القرن العشرين تلتها فترات من الاستقرار أو النمو في بعض المناطق. ويتمثل التحدي الرئيسي في مراقبة هذه الجمهرات في "تحيز التوافر" (availability bias): إذ لا تُرى فقمات الميناء عبر المسوحات الجوية إلا عندما تكون مستلقية على الشاطئ أو الجليد، ويتغير هذا السلوك بشكل كبير بناءً على المد والجزر، والوقت من اليوم، والموسم، ونوع الموئل (بين المد والجزر مقابل الجليد النهري). وغالباً ما اعتمدت التقييمات السابقة على مجموعات فرعية من البيانات أو افتقرت إلى إطار عمل موحد لمراعاة هذه المتغيرات السلوكية عبر نطاق ألاسكا بأكها. تعالج هذه الدراسة الحاجة إلى سلسلة زمنية شاملة لمدة 28 عاماً لتقديرات الوفرة والاتجاهات لـ 12 سلالة متميزة من فقمات الميناء في ألاسكا، من خلال دمج تعدادات المسح الجوي مع البيانات السلوكية لتصحيح عدد الفقمات التي لم تُرصد في الماء.
المنهجية استخدمت الدراسة تحليلاً هرمياً بايزياً (Bayesian hierarchical analysis) يتكون من مرحلتتين يدمج مصدرين أساسيين للبيانات:
بيانات المسح الجوي: أُجريت بين عامي 1996 و2023، وغطت 1,272 وحدة مسح فقمة (SSU) عبر 12 سلالة إدارية. استخدمت المسوحات طائرات ثابتة الجناح يقودها طيارون (ولاحقاً طائرات بدون طيار sUAS لجزر بريبيلوف) لالتقاط صور مائلة ومن الأسفل. وقد تطورت بروتوكولات المسح من العد البصري والتصوير الفوتوغرافي بالأفلام إلى التصوير الرقمي، والخرائط المتكاملة مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وللموائل الجليدية، مصفوفات متعددة الكاميرات تشمل مستشعرات الأشعة تحت الحمراء الحرارية.
بيانات سلوك الاستلقاء (Haul-out): وفرت أجهزة تسجيل بيولوجية مرتبطة بالأقمار الصناعية تم نشرها على فقمات حرة الحركة (2004–2017) بيانات ثنائية (حالة رطبة/جافة) كل ساعة لنمذجة احتمالات الاستلقاء.
الإطار الإحصائي:
نموذج التوافر: تم تطبيق نموذج انحدار لوجستي مع تأثيرات عشوائية مرتبطة زمنياً ومستوى فردي على بيانات جهاز التسجيل البيولوجي. قدّر هذا النموذج احتمال استلقاء الفقمة (αt) كدالة للتاريخ (يوم السنة)، والساعة من اليوم (بالنسبة للظهر الشمسي)، والوقت بالنسبة للمد المنخفض. تم تطوير نماذج منفصلة للسلالات الموجودة بين المد والجزر (مجمعة حسب المنطقة) والموائل الجليدية (الفيوردات)، حيث تم استبعاد تأثير المد والجزر في الأخيرة.
نموذج الوفرة: ربط نموذج ملاحظة ثنائي (binomial observation model) تعدادات المسح الجوي بالوفرة الحقيقية (N) لكل وحدة مسح (SSU)، مع تعديلها باحتمالية التوافر المقدرة واحتمالية الإدراك (f). بالنسبة لسلالة جزر ألوتيان، حيث أدى لون الفراء الداكن وحجم المجموعات الأصغر إلى تقليل الرؤية، تم اشتقاق احتمالية إدراك قدرها f=0</i>0.86 من دراسات كاميرا FLIR المستقلة.
ديناميكيات الجمهرة: تم نمذجة وفرة وحدات المسح (SSU) باستخدام توزيع بواسون (Poisson distribution) مع مسار عشوائي مرتبط زمنياً. ولمنع حدوث انحراف تصاعدي اصطناعي في تقديرات الوفرة خلال السنوات التي لا تتوفر فيها بيانات مسح، تم تطبيق توزيع "غاما" (Gamma prior) ضعيف المعلومات.
تقدير الاتجاه: تم حساب الاتجاهات كنسبة مئوية سنوية متغيرة عبر نافذة تتبع مدتها 8 سنوات، مما يوازن بين القوة الإحصائية والحاجة إلى تقييمات حالية.
المساهمات الرئيسية
تقييم موحد للسلالات: تؤسس الدراسة إطاراً تحليلياً متسقاً لـ 12 سلالة مستقلة ديموغرافياً من فقمات الميناء، متجاوزةً بذلك المجموعات الإقليمية الثلاث الواسعة السابقة.
تصحيح السلوك: من خلال دمج بيانات أجهزة التسجيل البيولوجية، توفر الدراسة تصحيحات قوية لتحيز التوافر، مع مراعاة نسبة الفقمة الموجودة في الماء أثناء عمليات المسح.
سلسلة زمنية طويلة الأمد: تقدم أول تقديرات سنوية مستمرة للوفرة لكامل نطاق ألاسكا من عام 1996 إلى 2023، مما يسد الفجوات في البيانات التاريخية ويوفر خط أساساً للمراقبة المستقبلية.
الفائدة الإدارية: ينتج الإطار توزيعات احتمالية لاحقة (posterior probability distributions) للوفرة والاتجاهات، مما يدعم مباشرة متطلبات قانون حماية الثدييات البحرية (MMPA) لحساب الحد الأدنى لتقدير الجمهرة (Nmin) والقدرة على الإزالة البيولوجية المحتملة (PBR).
النتائج
الوفرة الإجمالية: في عام 2023، قُدرت الوفرة الإجمالية لجميع السلالات الـ 12 بـ 201,122 فقمة (بفاصل ثقة 95%: 194,459–208,174).
الاتجاهات الزمنية: نمت الجمهرة خلال النصف الأول من الدراسة، وبلغت ذروتها عند حوالي 225,000 فقمة في عام 2015. ومنذ عام 2016، كانت الاتجاهات متغيرة؛ فبينما استمرت بعض السلالات (مثل خليج بريستول) في النمو، شهدت أخرى انخفاضات.
التباين النوعي للسلالات:
الانخفاضات: لوحظت انخفاضات كبيرة في سلالات "برينس ويليام ساوند" (-2.66%/سنة) و"جنوب كودياك" (-2.88%/سنة) بين عامي 2015 و2023، مع احتمالات لاحقة للانخفاض بلغت 100% و99% على التوالي.
النمو: أظهرت سلالة "غليشر باي/آي سي ستريت" اتجاهاً إيجابياً بنسبة 1.26%/سنة.
الاستقرار/التباين المختلط: أظهرت سلالة "خليج كوك/شلي كوف ستريت" (وهي الأكبر، ~37,000 فقمة) اتجاهاً إيجابياً طفيفاً، بينما أظهرت سلالة "جنوب شرق ألاسكا" وعدة سلالات أخرى اتجاهات سلبية.
الارتباطات البيئية: يشير المؤلفون إلى أن الانخفاضات الإقليمية الأخيرة تزامنت مع موجات الحر البحرية (2014–2016، 2019–2021)، والتراجع السريع للأنهار الجليدية التي تصل إلى المحيط، مما يقلل من موائل الاستلقاء الحرجة في الفيوردات الجليدية.
الأهمية والادعاءات يدعي البحث تقديم "أفضل التقديرات الحالية" لوفرة واتجاهات فقمات الميناء في ألاسكا، والمقصود بها استبدال التقديرات السابقة المستمدة من مجموعات فرعية من البيانات. وتكمن أهمية هذا العمل في قدرته على:
دعم الامتثال التنظيمي: يسمح إطار عمل "بايز" بالاستخراج المباشر للنسبة المئوية العشرين من توزيع الوفرة، وهو مطلب لتقييمات سلالات قانون حماية الثدييات البحرية (MMPA) وحسابات PBR.
تعزيز المرونة الإدارية: يمكن للنموذج توليد تقديرات سنوية حتى في السنوات التي تشهد جهداً محدوداً أو معدوماً في المسح، مع اتساع نطاق عدم اليقين بشكل مناسب مع زيادة الوقت منذ آخر مسح. وهذا أمر بالغ الأهمية للمراقبة طويلة الأمد في منطقة تعاني من قيود لوجستية ومالية.
العمل كمرصد للنظام البيئي: تشير الاتجاهات المتباينة بين السلالات إلى أن فقمات الميناء قد تعمل كمؤشرات على ديناميكيات النظام البيئي المحلي، مما قد يعكس التأثيرات الناجمة عن الشذوذ المناخي (مثل موجات الحر) وفقدان الموائل (مثل تراجع الأنهار الجليدية).
يتبنى المؤلفون موقفاً متواضعاً فيما يتعلق بأسباب الانخفاضات الملحوظة، مشيرين إلى أنه رغم وجود ارتباطات مع التغيرات البيئية، فإن الآليات المحددة (سواء كانت من أسفل إلى أعلى أم من أعلى إلى أسفل) تتطلب مزيداً من البحث. كما يسلطون الضوء على القيود، مثل عدم القدرة على رصد الاضطرابات قصيرة المدى بسبب دورة المسح العشرية لبعض وحدات المسح (SSUs)، ويوصون بالانتقال المستقبلي إلى نماذج الجمهرة المتكاملة (IPMs) التي تستخدم مسوحات موسم التكاثر لتحسين الدقة.