بالنظر من خلال كاميرات غواصة يتم التحكم فيها عن بعد ، يستطيع نيكولاس هيغز رؤية قاع المحيط ، أسفله بعيدًا. يندفع ضوء الكاميرا عبر المياه السوداء ، ويضيء قاع البحر الغريني المسطح. فجأة تسطع الأضواء على هيكل عظمي ضخم. تغطيها حيوانات غريبة المظهر. وجد هيغز ما كان يبحث عنه:سقوط حوت.
يعمل عادة في إنجلترا خارج جامعة بليموث. عالم الأحياء البحرية هيغز هو نائب مدير المعهد البحري التابع لها.
أكثر من 60 في المائة من سطح الأرض تحت الماء - عميق جدًا ، لا يمكن لضوء الشمس الوصول إليه. ترتفع الجبال الضخمة من قاع البحر. توجد فجوات أعمق من جراند كانيون تؤوي الحياة الميكروبية التي يجب أن تعيش على ما لا يريد أي شيء آخر أن يأكله. تعيش الحيوانات حياتها في أنظمة بيئية شبه متجمدة وسوداء.
أو هكذا يبدو. لا يعرف العلماء سوى القليل جدًا عن هذا الجزء من عالمنا ، وكيف يعمل والمخلوقات التي تعيش هنا. يقول هيغز:"إنها أكبر موطن على هذا الكوكب".
لكنه يلاحظ حتى الآن ، "لقد استكشفنا أقل من خمسة في المائة منه - أقل من واحد في المائة بتفاصيل بالغة الأهمية."
العلماء الذين يدرسون أعماق المحيط يتعلمون باستمرار أشياء جديدة ويكتشفون المفاجآت. كما أنهم يواجهون تحديات فريدة من نوعها في العمل في مثل هذه البيئة النائية والعميقة:الظلام ودرجات الحرارة شبه المتجمدة والضغوط الشديدة وحتى الحوت الفضولي العرضي. ولكن من خلال التحقيق في هذا المشهد الغامض تحت سطح البحر ، يمكنهم اكتساب رؤى جديدة حول كوكبنا والأنواع الأخرى وطبيعة الحياة نفسها.
شلالات الحوت وديدان الزومبي
تخيل أنك تعيش في قاع المحيط. مع عدم وجود ضوء الشمس ، لا يمكن للنباتات أن تنمو. من الصعب العثور على الطعام. لذلك أنت تسبح في الأرجاء ، وتستكشف الأجزاء الصالحة للأكل في طين قاع البحر. ثم من العدم ، تتدحرج جثة عملاقة من الأعلى.
رائع! حان وقت الاحتفال!
هذا ما يسميه العلماء سقوط الحوت. عندما تغرق جثة الحوت في قاع البحر ، تصبح وليمة فورية لحيوانات الأعماق. يأتي الكثير لتناول الطعام حتى يصبح جسم الحوت نظامًا بيئيًا جديدًا - نظام يمكن أن يستمر لسنوات أو حتى عقود.
أول من تناول الطعام هم الزبالون. وتشمل هذه أسماك القرش وسمك الهاg اللزج. سوف يحفرون في اللحم المتعفن. ثم تنتقل الديدان والروبيان واللافقاريات الأخرى إلى الداخل. لقد جاءوا لالتقاط أجزاء من اللحم وقضم العظام. في وقت لاحق ، تتولى البكتيريا. إنهم يصنعون الطاقة من التفاعلات الكيميائية باستخدام عملية تسمى التخليق الكيميائي (KEE-mo-SIN-the-sis). أخيرًا ، يصبح الهيكل العظمي للحوت هيكلًا تبني بعض الحيوانات من خلاله منازلها.
درس هيغز كل هذه المجتمعات من المخلوقات.
في بعض الأحيان ، يصادف العلماء الذين يستكشفون قاع المحيط جثة حوت عن طريق الصدفة. في أوقات أخرى ، يجدون حوتًا ميتًا قد جرفته المياه إلى الشاطئ. قد يجرونها إلى البحر ويغرقونها عن قصد. ثم يمكنهم دراسة الكائنات الحية التي تأتي لإعادة تدوير الموتى.
هيغز جزء من فريق انطلق نحو سقوط حوت على متن سفينة أبحاث. هناك ، أسقطوا روبوتًا تحت الماء في البحر لدراسة الجثة. يظل الروبوت متصلاً بالسفينة باستخدام حبل. يوجه العلماء الروبوت نحو سقوط الحوت ، ثم يستخدمون الكاميرات الغاطسة وأجهزة الاستشعار والذراع الآلية وغيرها من الأدوات للتحقيق. يمكن للمكانس الكهربائية الموجودة على متن الطائرة أن تمتص الكائنات البحرية الصغيرة لدراستها مرة أخرى على متن القارب أو في المختبر.
أحد المخلوقات الموجودة في الحوت يسقط اهتمام هيجز بشكل خاص. إنها دودة غريبة من جنس Osedax . هذه الديدان تأكل عظام الحوت. لكن ليس لديهم أفواه أو أجهزة هضمية. بدلاً من ذلك ، فإنها تنمو امتدادات تشبه الجذور في العظام وتذيبها. من خلال دراسة الحفريات البحرية ، اكتشف هيغز وعلماء آخرون أن هذه "ديدان الزومبي" كانت موجودة منذ حوالي 100 مليون سنة على الأقل. حتى عام 2004 كانوا غير معروفين للعلم.
هذا أحد أسباب حب هيجز لاستكشاف أعماق البحار.
يقول:"إنها واحدة من آخر حدود الاكتشاف على هذا الكوكب". "من ناحية أخرى ، إنها بيئة صعبة للغاية للدراسة. ولكن ما يعنيه ذلك هو أنك عادة ما تجد أشياء جديدة عندما تنزل إلى هناك. كلما حصلت على المزيد من العينات ، وجدت المزيد من الأنواع الجديدة ".
صغير لكن عظيم
قد يتعرض جزء من قاع البحر لسقوط الحوت مرة واحدة فقط في القمر الأزرق. عندما يحدث ذلك ، يتبع العيد. بالنسبة لبقية الوقت ، فإن الطعام الوحيد الذي يجعله بعيدًا جدًا هو الأشياء الصعبة التي لا يريدها أي حيوان آخر. قد تكون هذه هي المواد التي تشكل قشريات أو خلايا ألياف نباتية.
"يمكن حقًا أن يكون متمردًا الأشياء "، كما يقول دوج بارتليت. "لذلك يجب أن يكون لديك جراثيم خارقة هناك للاستفادة منها." يجب أن يعرف. بارتليت عالم ميكروبيولوجي في أعماق البحار في معهد سكريبس لعلوم المحيطات بجامعة كاليفورنيا ، سان دييغو.
تعيد هذه الميكروبات في قاع البحر تعريف معنى أن تكون عجوزًا وحيًا
يركز على الميكروبات في منطقة هادال . إنه أعمق جزء من المحيط ، ويوجد في قاع خنادق قاع البحر التي يزيد عمقها عن 6000 متر (3.7 ميل). تعيش الميكروبات هنا على طعام لا تستطيع كائنات أخرى هضمه. كما يجب عليهم تحمل ضغوط تصل إلى 1125 كيلوجرام قوة / سنتيمتر مربع (16000 رطل لكل بوصة مربعة) في درجات حرارة شبه متجمدة وفي ظلام دامس.
نظرًا لأن خنادق أعماق المحيطات معزولة عن بعضها البعض ، فإن الحيوانات داخل كل منها تتطور لتكون فريدة من نوعها. الخندق يشبه جزيرة تحت الماء ، مع أنواعها المميزة من القشريات والهلام والميكروبات. في هذه الخنادق ، يمكن للعلماء أن يروا كيف حدث التطور في الظروف القاسية. يوضح بارتليت:"نحن نتعلم عن الحدود الخارجية التي يمكن أن توجد فيها الحياة".
الظروف العميقة في الخندق قاسية للغاية بالنسبة للبشر. لذلك ، مثل هيغز ، يستخدم بارتليت روبوتًا تحت الماء لجمع عينات من الماء والطمي والكائنات البحرية من قاع المحيط. يجلب هذا الجهاز الذي يتم التحكم فيه عن بعد عينات إلى السفينة للدراسة. تموت الحيوانات الكبيرة مثل الأسماك واللافقاريات قبل أن تصل إلى السطح. لا يمكنهم تحمل انخفاض الضغط وارتفاع درجة الحرارة. لكن يمكن لبعض الميكروبات أن تنجو من رحلة إلى السطح. يحتفظ بها بارتليت في حاويات خاصة مظلمة وباردة ومضغوطة. بهذه الطريقة ، يمكنه الاستمرار في النمو ودراستها بينما هم على قيد الحياة.
يأمل العلماء أن يكتشفوا بدراسة هذه الميكروبات شيئًا جديدًا قد يكون مفيدًا. قد يكون هذا أي شيء من جرثومة تكسر البلاستيك إلى ميكروب يمكن استخدامه لصنع عقاقير جديدة لمكافحة السرطان.
إن تعلم كيفية بقاء الحياة في مثل هذه الظروف القاسية يثير أيضًا اهتمام العلماء الذين يفكرون في الحياة التي قد توجد في عوالم أخرى داخل نظامنا الشمسي. أحد الأمثلة على ذلك هو القمر يوروبا لكوكب المشتري. يعتقد العلماء الآن أن لديها محيطًا مائيًا عميقًا. يقول بارتليت:"قد تمر عقود قبل أن نحصل على عينات من أوروبا". "ولكن يمكننا الذهاب إلى محيط محيط في بيئة شبيهة بأوروبا على الأرض ونرى كيف تبدو الحياة هناك."
القصة تستمر أسفل الصورة.
موجة عميقة
ربما تكون قد شاهدت الرياح وهي تتطاير على البحيرات الكبيرة أو المحيط. لكن أين تذهب كل هذه الطاقة؟ هذه الرياح لا تثير فقط سطح الماء. اتضح أنها تخلق موجات يمكنها السفر إلى قاع حتى أعمق المحيطات.
هذه الموجات شبه القصورية (In-UR-shul) - تلك التي تتدفق عبر المحيط الداخلي - هي ما يدرسه كيلي بيرسون. إنها عالمة محيطات فيزيائية ومرشحة لنيل درجة الدكتوراه في جامعة هاواي في مانوا.
في إحدى الرحلات البحثية ، درست كيف يتحرك الماء عبر ممر ساموا. هذه فجوة بين جبلين تحت الماء شمال جزيرة ساموا. هنا ، تتدفق المياه الباردة من القارة القطبية الجنوبية على طول قاع المحيط إلى شمال المحيط الهادئ. كان الباحثون متحمسين لملاحظة موجات شبه القصور الذاتي التي يزيد ارتفاعها عن 5000 متر (3.1 ميل) تحت سطح المحيط. لم يعرف أحد أنه يمكنهم السفر بهذا العمق!
إذن ماذا لو فعلوا؟ تساهم موجات القصور الذاتي القريبة في اختلاط المحيطات. عندما يسقط المطر على سطح المحيط ، تساعد هذه الموجات في تحريكه في المياه المالحة تحته. وبما أن تغير المناخ يسخن محيطات العالم ، فإن فهم حركة الموجات شبه القصور الذاتي يمكن أن يساعد العلماء على التنبؤ بشكل أفضل بمدى سرعة اختلاط هذا الماء الدافئ بالمياه الباردة في قاع البحر.
لدراسة هذه الظاهرة ، ينضم بيرسون إلى علماء آخرين في رحلات بحثية إلى ممر ساموا. يسافرون إلى جزء بعيد من المحيط ، ثم يسقطون طوابير طويلة تغرق في القاع. يعلقون أدوات تقيس صفات المحيطات مثل الملوحة ودرجة الحرارة والضغط والتيارات المائية. في إحدى الرحلات ، يتذكر بيرسون ، "عندما كنا نضع [الآلة] ، جاءت بعض الحيتان وبدأت العزف على الآلة ، ودفعتها لأعلى ولأسفل الحبل بأنفها ... كنا مثل ،" هذا رائع جدًا! ولكن أيضًا لا تكسر آلتنا! "
يمكن أن تستمر الرحلة البحرية من 30 إلى 40 يومًا. طوال الوقت ، لا توجد خدمة الهاتف الخليوي. كما لا يوجد اتصال منتظم بالإنترنت.
قد يكون من الصعب الابتعاد عن العائلة والأصدقاء وأخبار العالم الخارجي لفترة طويلة. يخطط العلماء للعديد من الأنشطة حتى لا يشعروا بالملل أو الشعور بالوحدة عندما لا يعملون. هناك كافيتريا وصالة ألعاب رياضية ومكتبة وغرفة أفلام على متن السفينة. يقول بيرسون ، في إحدى الرحلات البحرية ، عقد العلماء بطولة بينج بونج وصنعوا لأنفسهم حوض استحمام ساخن لتمضية الوقت. تلاحظ "إنه عالم مختلف تمامًا".
يواصل بيرسون تعلم أشياء جديدة حول موجات القصور الذاتي القريبة. فهي ليست فقط قوية بما يكفي للوصول إلى قاع البحر ، ولكن لديها أيضًا طاقة كافية متبقية "للانعكاس" من قاع البحر والبدء في العودة مرة أخرى.
وقد وجدت أيضًا أن هذا يستغرق وقتًا طويلاً. وبحسب ملاحظاتها ، فقد استغرقت بعض الأمواج ثلاث سنوات لتنتقل من السطح إلى قاع البحر. ومع ذلك ، لن تكون متأكدة تمامًا حتى يتمكن علماء آخرون من تأكيد نتائجها.
مثل هيغز ، يحب بيرسون التحدي والغموض المتمثل في دراسة أعماق البحار. تقول:"هذا غير معروف". "لا نعرف ما الذي يحدث هناك. هناك ثلاثة أشخاص نزلوا إلى قاع المحيط في تشالنجر ديب ". (هذه فجوة يبلغ عمقها حوالي 11000 متر [6.8 ميل] عند أدنى نقطة لها في خندق ماريانا). هؤلاء الأشخاص يحتاجون إلى غواصات خاصة للقيام بذلك. وهذا يمثل ربع عدد الأشخاص الذين ساروا على القمر فقط ، كما تلاحظ.
وتقول إن أعماق المحيط لا تزال "واحدة من آخر الأشياء المراوغة".
هذه واحدة من سلسلة وظائف في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات التي أصبحت ممكنة بفضل الدعم السخي من مؤسسة Arconic.
