إن هذه النظم الدينامية تغذي تنوعا مفاجئا في الحياة - من المجتمعات المجهرية غير المنظورة إلى اللافقارات الصلبة بل والأقراص التي تعتمد على البرد، وتكشف دراسة التنوع البيولوجي الجليدي عن توتر الحياة في ظروف متطرفة، وتبرز سبب أهمية هذه البيئات المتجمدة بالنسبة للنظم الإيكولوجية غير المسبوقة.

The Harsh Reality of Glacial Environments

وللاكتمال في مدى استمرار الحياة في الجليد، يجب أولاً أن يقدر الظروف القصوى التي تحدد هذه البيئات، وتظل التمثيلات دون التجميد لمعظم السنة، وتهبط أحياناً إلى أدنى من 40 درجة مئوية، وتخلق عالماً يتحد من مفهوم القدرة على اعتيادها، وتظل المياه السائلة نادرة، ولا تظهر إلا في فترات الذروة الصيفية أو في قنوات إشعاعية مضبوطة ذات ارتفاع عال.

كما أن المصابون بالزغائن يعانون من تحولات موسمية هائلة في توافر الضوء، من ضوء النهار المستمر خلال الصيف القطبي إلى أشهر من الظلام في الشتاء، وهذه المتطرفات تفرض نوافذ ضيقة لتوليف الصور والنشاط البيولوجي. كل الكائنات الحية المتخصصة التي لا تملكها تستغل كل فرصة متاحة، مما يحول دون ظهور الجليد إلى ازدهار، وإن كان هشا، نظم إيكولوجية.]

التنوع البيولوجي في النظم الإيكولوجية الجليدية

ويشمل التنوع البيولوجي الكلي طائفة واسعة من أشكال الحياة في مختلف الممالك، حيث يحتل كل منها نوايا إيكولوجية متميزة في بيئة الجليد، وتشمل هذه الموائل ثقوب التبريد (الكميات، والاكتئاب المشبع بالمياه على سطح الجليد)، والمجاري السطحية، والجليد نفسه، والرواسب دون الجليدية، والمواقع السكنية الفريدة - وهي الأراضي المعرضة حديثا في المناطق الجليدية.

المجتمعات المحلية الصغرى: مؤسسة الحياة الجليدية

وأكثر سكان الجليد وفرة ومتنوعة هم الكائنات المجهرية - البكتيريا والأرخا والفطريات - يمكن لهذه المجتمعات المحلية المصغرة أن ترتفع في ملايين كل ملليمتر من المياه المزروعة وتشكل أساس النظم الإيكولوجية الجليدية، وتؤدي وظائف أساسية للنظم الإيكولوجية مثل تحديد الكربون، والتدوير المغذي، وتدهور الملوثات العضوية، بل وحتى إنتاج الخنازير.

علماء الطب النفسي (الحب القديم) يزدهرون في درجات حرارة دون صفرية، ويظلون نشطين في الأوعية السائلة المجهرية داخل الجليد، ويواصلون اكتشاف أنواع جديدة من الأنزيمات المكيفة مع العمل بكفاءة قرب درجات الحرارة المتجمدة، ويحملون الوعود بالتطبيقات التكنولوجية الحيوية مثل الحفازات الصناعية ذات التأثير البارد، والصيدلة الجديدة.

سنو ألغاي ويس بلومز

ومن أبرز مظاهر الحياة على الجليديات، تزهر الطحالب الجليدية الموسمية، التي تسبب تذبذباً أحمر أو أخضراً أو برتقالي على حقول الثلج، وتظهر أنواعاً مثل Chlamydomonas nivalis] خنازير مثل التفشي الضار بالأشعة فوق البنفسجية وتستوعب الحرارة من ضوء الشمس.

ويعجل هذا الانخفاض في الطلاء بالثلوج وذوبان الجليد من خلال حلقة من ردود الفعل المتعلقة بالألوان الأحيائية: يستوعب الجليد المظلم إشعاعاً شمسياً أكثر، مما يعزز المزيد من الذوبان ويهيئ الظروف المواتية للنمو الإضافي في الطحالب، ويُعتبر فهم هذا التفاعل حاسماً بالنسبة لنموذجات المناخ الدقيقة وتوقعات الذوبان الجليدية، على النحو المبين في دراسة عام 2020 لعلوم الأرض التي تركز على سيناريوهات الجليدية.

Invertebrates: Tardigrades, Nematodes, and More

وعلى الرغم من البرودة الشديدة، نجحت مختلف العفاريت في استعمار الموائل الجليدية، وتُستحوذ التاردي، أو دببة المياه، على قدرة هذه البلدان على التكيف بشكل غير عادي - وهي قادرة على دخول البروبوتوبيوس، وهي حالة تتوقف فيها الاستقلابات تقريبا، وتسمح بالبقاء من خلال التحلية، والتجميد، بل وحتى التعرض للفراغ الفضائي، كما أن النيمات، والدوائر، تتحول إلى قنوات مائية.

وتعتمد البيئات المائية دون الإقليمية على حيواناتها المتخصصة، وقد اكتشف العلماء قشريات مثل مكابد التكتل والآفات التي تعيش في البحيرات الفرعية المظلمة الدائمة والمجاري الواقعة تحت أغطية الجليد في أنتاركتيكا وغرينلاند، وتعيش هذه الحيوانات في عزلة، وتعتمد على مجتمعات الكيموس الاصطناعية الميكروبية كمصدر غذائي أولي.

"الفيرتبراتيس" "راي" على "غلايس"

وكثيراً ما تستخدم الحيوانات الأعظم الجليد والجليد البحري بشكل غير مباشر بدلاً من أن تكون موائل دائمة، فالدب القطبي () أورسوس مارتينموس ) يعتمد على منابر الجليد البحري لفقرات الصيد؛ ويهدد فقدان الجليد البحري بصورة كبيرة بسبب الاحترار العالمي بقائهم في المناطق الجبلية، مثل الماعز الجبلية، وظواهر تساقط الثلج.

ومن الجدير بالذكر أن بعض أنواع الأسماك قد تطورت في تكيفات ملحوظة مع المياه الجليدية والأعمدة، فالأسماك الجليدية في أنتاركتيكا، على سبيل المثال، تنتج بروتينات جليدية مضادة للتجميد تمنع دمها من التجميد في درجات حرارة تحت الصفر - وهو مثال مؤثر على الابتكار التطوري الذي يتيح الحياة في مياه الجليد.

التكيف مع المبرد: كيف الحياة تنجو

إن الحياة في درجات الحرارة القريبة من التحلل التي بها مغذيات محدودة وإجهاد بيئي متطرف يتطلب تكيفات غير عادية، وتندرج هذه الاستراتيجيات في فئات كيميائية وهيكلية وتصرفية حيوية، تسهم كل منها في البقاء والاستنساخ في العالم المتجمد.

مضادات التخصيب والبروتينات الواقية من التجمد

وتنتج أسماك شاسعة وحشرات وميكروبات كثيرة بروتينات مضادة للتجميد وتربطها ببلورات الجليد الناشوست، وتعرقل نموها، وتمنع بالتالي التجميد الداخلي لسوائل الجسم حتى عندما تكون موزوعة، وبالإضافة إلى مركبات الهيدروفلوروكربون المتراكمة، تسببت الكائنات البلورية في تراكم مواد مبردة مثل سداسي الجليل، أو تكريرها، أو تلفها.

ومن الأمثلة على ذلك، مطاعم المنطقة القطبية الشمالية [(FLT:0]) Gynaephora groenlandica]، التي تجمع تركيزات عالية من محميات التبريد للبقاء في الشتاء يمكن أن تستمر سنوات متعددة، وهذه التكييفات الكيميائية الأحيائية تسمح باستمرار العمليات الأيضية عند درجات حرارة يمكن أن تكون قاتلة بالنسبة لمعظم الأنواع الأخرى.

الديمومة والحياة في بطيئة الحركة

وهناك استراتيجية أخرى على نطاق واسع للبقاء هي الهيمنة، مما يسمح للأعضاء بأن يتحملوا ظروفا ضارة طويلة، ويمكن أن تتعرض الترادي، والنيماتو، والدوتيفورات للهيدروبيوس - تجف تماما وتدخل حالة ريبوتيولوجية حيث ينخفض النشاط الأيضي إلى ما يقرب من الصفر، ويمكن لهذه الدولة أن تستمر إلى أن تعود الظروف المواتية، كما أن بعض البكتيريا تنتج عنا دوامة يمكن أن تظل صالحة للآفات.

وهذه القدرة لا تيسر البقاء من خلال الشتاء القاسي فحسب، بل تتيح أيضاً تفريق الأنواع عن طريق الرياح أو المياه أو ناقلات الحيوانات، وتساعد على الحفاظ على التنوع الوراثي وإعادة الاستعمار بعد الاضطرابات البيئية.

الحماية من التعبئة والأشعة فوق البنفسجية

ويستلزم التعرض للإشعاع الفوق الفيزيائي الشديد عند ارتفاعات عالية وخط العرض آليات للحماية، كما أن الطحالب السنو تنتج خنازير من البول الكاروتيون، مثل الأستاكسينتين، التي تعمل كغطاء شمس طبيعي، وتستوعب الأشعة فوق البنفسجية الضارة، وتسخين الحرارة أيضاً لتعزيز النمو.

وعلى العكس من ذلك، لا تزال بعض الميكروبات شفافة، تعتمد على خصائص التصفير في الجليد نفسه لحماية هذه المضارب من التعرض للأشعة فوق البنفسجية، وتوضح استراتيجيات الدمج المتنوعة هذه التفاعل المعقد بين البيولوجيا والبيئة في النظم الإيكولوجية الجليدية.

التكيف الهيكلي

وعلى مستوى الاقتصاد الكلي، كثيرا ما تكون الحيوانات المشبع بالبرد ذات فروة سميكة أو أكواخ دهنية أو طبقات من الخليط الجامح للتقليل إلى أدنى حد من فقدان الحرارة - ومن الأمثلة على ذلك الفقمات والدببة القطبية والفوكس القطبية الشمالية التي توجد بها حتى فرو على أرجلها لمنع التجميد على الجليد، وعلى مستوى الخلايا، يحافظ على سوائل الحمر عن طريق التكييف الخفيف العضوي.

Glacial Ecosystems as Sentinels of Climate Change

إن الرعاة من بين أكثر المؤشرات حساسية وظاهرة لتغير المناخ العالمي، وقد أدى ارتفاع درجات الحرارة العالمية إلى معدلات سريعة ومتسارعة من التراجع الجليدي في جميع أنحاء العالم، مع ما يترتب على ذلك من عواقب عميقة بالنسبة للنظم الإيكولوجية التي تعتمد على الجليد.

(أ) إنّ موائل الموائل هي أكثر الأخطار إلحاحاً على التنوع البيولوجي الجليدي، حيث تتقلص الموائل الحرجة مثل حفر البكلاء أو تختفي، وتجففف المجاري السطحية، وتتقلص البحيرات الفرعية أو تصبح معزولة، ولا تستطيع أنواع كثيرة مُشفرة باردة أن تهاجر بسرعة أو تتكيف بسرعة كافية، وتواجه تغيرات محلية كاملة أو غير مكتملة.

وتخضع حقول التبرج المكشوفة حديثا للخلافة الإيكولوجية، ولكن الأنواع الرائدة المكيفة مع البيئات الجليدية كثيرا ما تخسر إلى مصانع وحيوانات أكثر قدرة على المنافسة من الموائل المتاخمة، مما يقلل التنوع البيولوجي الجليدي العام، وهذا التحول لا يؤثر على الكائنات الحية نفسها فحسب، بل يؤثر أيضا على خدمات النظم الإيكولوجية التي توفرها.

كما أن ملاعق الغليان تطلق خزانات كبيرة من الكربون العضوي القديم، الذي كان يُغلق سابقاً في البرموفر والجليد، وبعد أن تُنثر المجتمعات المحلية الميكروبيولوجية على هذا الكربون، وتُطلق غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان في الغلاف الجوي، مما يسهم في زيادة الاحترار، وهي حلقة تتعلق بتغذية إيجابية، بالإضافة إلى أن الرش الجليدي يغيّر النظم الإيكولوجية المائية في أسفل المجرى، وذلك بتغيير درجة الحرارة المائية.

وفي المناطق الجبلية مثل الأنديز والهمالايا، يعتمد الملايين من الناس على مياه الجليد من أجل الشرب والزراعة والطاقة المائية، كما أن فقدان الأنهار الجليدية يهدد هذه الإمدادات المائية، ويبرز المصير المترابطة للمجتمعات البشرية والإيكولوجية، وبالتالي فإن فهم كيفية استجابة التنوع البيولوجي الجليدي للدفء أمر حاسم ليس للحفظ فحسب، بل أيضا بالنسبة لرفاه البشر.

(أ) برامج الرصد الطويلة الأجل، مثل تلك التي تنسقها دائرة رصد غلاسير العالم ]، وتتابع التغيرات في الكتلة الجليدية والمجتمعات البيولوجية، وتكشف هذه الدراسات عن تحولات في التركيبة المجهرية مع الاحترار، بما في ذلك التوسع في المفاصل المسبب للمرض إلى مناطق خالية من الجليد، مع التركيز على الطبيعة الدينامية للنظم الإيكولوجية الجليدية في ظل الإجهاد المناخي.

الحفظ والتوقعات المستقبلية

إن حماية التنوع البيولوجي الجليدي تتطلب نهجا شاملا ومنسقا، ونظرا لأن الجليديات كثيرا ما تتسع لبلدان وقارات متعددة، فإن التعاون الدولي أمر أساسي، وتتمثل الأولوية الأولى في الحد من انبعاثات الكربون العالمية لبطء ووقف الاحترار في نهاية المطاف؛ ]و[ دون استقرار المناخ، لا يمكن لأية جهود محلية لحفظ البيئة أن تحافظ بفعالية على النظم الإيكولوجية الجليدية ]FLT:1].

ومن الناحية المحلية، يمكن أن تحدث التدابير الرامية إلى الحد من الأثر البشري فرقا، إذ أن الحد من السياحة وتنمية الهياكل الأساسية بالقرب من حقول الجليد الحساسة يساعد على التقليل إلى أدنى حد من الاضطرابات، كما أن مكافحة التلوث، ولا سيما الكربون الأسود (السوط) وترسيب الغبار، أمر حاسم لأن هذه الجسيمات تظلم سطح الجليد وتتسارع في الانصهار، وحماية المناطق التبعية حيث تحتفظ الطبيعة بموائل فريدة وتدعم التعاقب الإيكولوجي في المناطق المعرضة حديثا.

فالتقنيات الجزيئية المتقدمة، مثل تتابع الحمض النووي البيئي، تتيح إنشاء قوائم مفصلة بالتنوع البيولوجي الجليدي، وتوثيق هذه الفهرس وجود الأنواع ووفرتها قبل اختفائها، وتوفر خطوط أساس لا تقدر بثمن من أجل البحث والتخطيط للحفظ في المستقبل، ويحفظ حفظ الطبقات المجهرية في المستودعات الأحيائية الموارد الجينية التي يمكن استخدامها في إعادة الاستخدام أو التطبيقات التكنولوجية الأحيائية في المستقبل.

كما أن التعليم والتوعية العامة لهما نفس القدر من الأهمية، إذ إن زيادة الوعي بأن الجليديات ليست معقمة أو غير معقّدة، بل إن المناظر الطبيعية الحية تزيد من الدعم العام للإجراءات المتعلقة بالمناخ ومبادرات الحفظ، وتسلط الضوء على التكييفات الملحوظة والأدوار الإيكولوجية للكائنات الجليدية، مما يعزز الشعور بالرقابة والطابع الملح.

وعلاوة على ذلك، فإن النظم الإيكولوجية الجليدية تستخدم كمختبرات طبيعية لعلم الفلك، وقد يبرهن اكتشاف مجتمعات مجهرية مزدهرة في منطقة بحيرة فوستوك الفرعية، وثبات الدم الغنية بالحديد في محيطات تايلور غلاسير في أنتاركتيكا، على أن الحياة يمكن أن تتواجد في ظلام كامل وعزلة شديدة تحت الكيلومترات الجليدية، وتُبلغ هذه النتائج البعثات التي تبحث عن الحياة في عالم الجليد في نظامنا الشمسي.

وفي الختام، فإن الجليديات ليست ببنات معقمة من الجليد؛ فهي نظم إيكولوجية نابضة بالحياة تتحول إلى أشكال حياة مكيفة خصيصا، ومن البروتينات المضادة للتجمد في الأسماك القطبية إلى مهاجرات الترسبات، فإن كل تكيف يشكل شاهدا على استمرارية الحياة في التطور، ومع اختفاء الزلازل الجليدية بسرعة، فإننا نخاطر بفقد التنوع البيولوجي الفريد فحسب، بل أيضا بتبصر لا يقدر بثمنتها.