Phytoplankton dominate marine organic matter for the past half-billion years

تخيل الأرض كآلة ضخمة تتنفس. أحد أهم وظائفها هو تنظيم درجة حرارتها، حيث تعمل مثل منظم الحرارة (الترموستات) لإبقاء الأشياء من أن تصبح ساخنة جدًا أو باردة جدًا. في قلب هذه الآلة توجد دورة غير مرئية هائلة تتضمن الكربون. فكر في الكربون كأنه الوقود الذي يشغل محرك مناخ الكوكب. عندما تنمو النباتات البحرية الدقيقة التي تسمى "العوالق النباتية" (phytoplankton)، فإنها تمتص ثاني أكسيد الكربون (وهو غاز يحبس الحرارة) من الهواء وتحوله إلى أجسامها. وعندما تموت، يغوص بعض هذا الكربون إلى قاع المحيط ويُدفن في الطين، مما يحبسه بعيدًا لملايين السنين. هذه العملية هي "دورة الكربون العضوي البحري".

لطالما تساءل العلماء عن "غرفة المحركات" في هذه الدورة. هم يعلمون أن الكربون يُدفن، لكنهم لم يكونوا متأكدين تمامًا من من الذي يقوم بهذا العمل. هل هو مجتمع صاخب من أشكال الحياة المجهرية المختلفة، أم أنه في الغالب نفس النوع من اللاعبين الذين يظهرون منذ مليارات السنين؟ كما تنازعوا حول ما الذي يجعل الدورة تتسارع أو تتباطأ. هل هو تطور آلات بيولوجية جديدة فائقة الكفاءة، أم أنه ببساطة تغير الطقس وكمية الكربون في الهواء؟ إن فهم هذا الأمر أمر بالغ الأهمية، لأننا إذا عرفنا كيف عمل منظم حرارة الأرض في الماضي، يمكننا التنبؤ بشكل أفضل بكيفية تفاعلها مع التغييرات التي نحدثها اليوم.

---

قصة المحقق العظيم في المحيط

قرر فريق من العلماء من جامعة بريستول لعب دور المحقق لحل لغز ظل مختبئًا في الصخور لنصف مليار سنة. أرادوا معرفه: من هو "الطاهي الرئيسي" الذي يطهو المادة العضوية في محيطاتنا، وما هو المكون السري الذي يغير "نكهة" دورة الكربون بمرور الوقت؟

ولحل القضية، لم يكتفوا بالنظر في صخرة واحدة؛ بل جمعوا مجموعة عالمية ضخمة من 1,274 بصمة كيميائية. وتحديدًا، بحثوا عن جزيئين صغيرين ومتينين يُسميان الفايتان (phytane) والبريستان (pristane). فكر في هذه الجزيئات كأنها "إيصالات" تركتها الحياة القديمة. إنها قوية جدًا لدرجة أنها تنجو في الصخور والنفط لمئات الملايين من السنين. والجزء الذكي هو أن هذه الإيصالات تأتي مع "رمز شريطي" فريد: بصمة كربون محددة تسمى δ¹³C.

إليك كيف تعمل الرموز الشريطية:

• العوالق النباتية (النباتات البحرية الدقيقة) تترك إيصالًا بتوقيع يتراوح بين -25 و -38.
• النباتات البرية (الأشجار والأعشاب) تترك توقيعًا مختلفًا، عادة ما يكون بين -30 و -45.
• العتائق (Archaea - نوع من الميكروبات وحيدة الخلية) تترك توقيعات إما ثقيلة جدًا (حوالي -20) أو خفيفة للغاية (أقل من -60).

قام الباحثون بالبحث في 64 دراسة مختلفة ووجدوا 1,126 من هذه الإيصالات من الصخور البحرية التي تمتد عبر آخر 500 مليون سنة. ثم قارنوا إيصالات الفايتان بإيصالات البريستان من نفس الطبقات المحيطية القديمة تمامًا.

الكشف الكبير

كانت النتائج متسقة بشكل مدهش. فقد تحركت رموز الفايتان والبريستان في خطى متزامنة ومثالية، مثل راقصين يمسكان بأيدي بعضهما البعض. كانا متشابهين تقريبًا، حيث يحومان في النطاق المتوقع لـ العوالق النباتية. في الواقع، وقعت 99.4% من نقاط البيانات تمامًا في "منطقة العوالق النباتية".

يخبرنا هذا أنه على مدار نصف المليار سنة الماضية، وبالرغم من صعود وهبوط الديناصورات، وتحرك القارات، والتقلبات المناخية الهائلة، كانت المادة العضوية في المحيط تهيمن عليها نفس المصدر: العوالق النباتية. وبينما كانت هناك بعض الهبات الصغيرة حيث ربما أخذت العتائق أو النباتات البرية دورًا قصيرًا (مثل أداء منفرد خلال عاصفة معينة)، إلا أن العرض الرئيسي لم يتغير أبدًا. لقد كان هيكل "المصدر إلى المستقر" (source-to-sink) لدورة الكربون في المحيط مستقرًا بشكل ملحوظ.

الجدل بين التطور والبيئة

ثم طرح العلماء سؤالًا ثانيًا: إذا كانت "اللاعبون" (العوالق النباتية) قد تغيروا كثيرًا بمرور الوقت — حيث تطورت من طحالب خضراء بسيطة إلى دياتومات وكوكلولوفورات معقدة — فهل غيرت أدواتهم البيولوجية الجديدة دورة الكربون؟

لاختبار ذلك، قاموا بحساب "التجزئة النظائرية" (دعونا نسميها درجة الكفاءة). تقيس هذه الدرجة مدى تفضيل النباتات للكربون الأخف مقارنة بالكربون الأثقل عند "أكله". إذا كانت قد تطورت آلات بيولوجية جديدة فائقة الكفاءة، كنا نتوقع رؤية درجة الكفاءة تقفز للأعلى أو للأسفل في خطوات كبيرة كلما تولى مجموعة جديدة من العوالق زمام الأمور.

لكن البيانات لم تظهر مثل هذه الخطوات. فقد ظلت درجة الكفاءة ثابتة، تتأرجح بين 12 و 25، مع استقرار معظم القيم بين 17 و 22. هذا النطاق هو بالضبط ما نراه في العوالق النباتية الحديثة اليوم. وهذا يشير إلى أنه على الرغم من تغير أنواع العوالق، إلا أن طريقتها الأساسية في استهلاك الكربون ظلت ثابتة. الآلات البيولوجية مرنة؛ فلا يهم إذا كان السائق هو طحلب أخضر أو دياتوم، فالمحرك يعمل بنفس الطريقة.

ما الذي يحرك التغييرات حقًا؟

إذن، إذا لم يكن التطور هو المحرك، فما الذي يسبب التذبذبات في البيانات؟ وجد الباحثون أن درجة الكفاءة تتحرك في تزامن تام مع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

تخيل النباتات البحرية كأنها إسفنجة. عندما يكون هناك الكثير من ثاني أكسيد الكربون في الهواء (وفي الماء)، لا تضطر الإسفنجة للعمل بجهد كبير للعثور على الطعام، لذا فهي تلتقط الكربون بطريقة قياسية. أما عندما يكون ثاني أكسيد الكربون منخفضًا، فقد تضطر النباتات لاستخدام "آليات تركيز" خاصة لالتقاط ما يمكنها الحصول عليه، مما يغير طريقة معالجتها للكربون. تشير الدراسة إلى أن البيئة — وتحديدًا كمية ثاني أكسيد الكربون والظروف المناخية — هي التي تخبر العوالق النباتية بكيفية التصرف، وليس تاريخها التطوري.

الخلاصة

تشير هذه الورقة البحثية إلى وجود استقرار مطمئن، وإن كان مفاجئًا، في تاريخ الأرض. فبالرغم من تعرض الكوكب لتغيرات هائلة في الحياة والمناخ على مدار 500 مليون سنة، ظل المحرك الأساسي لدورة الكربون البحرية قويًا ومتماسكًا بشكل ملحوظ. لم يكن تطور الأنواع الجديدة هو ما دفع دورة الكربون؛ بل كانت البيئة هي التي تضغط على الأزرار في نظام بيولوجي مستقر جدًا ومرن جدًا. وهذا يعطينا صورة أوضح لكيفية عمل منظم حرارة الأرض في الماضي، مما يشير إلى أن القواعد الأساسية للعبة لم تتغير، حتى لو تغير اللاعبون.