الموج المدينة و الموج القرية

يبحث البروفيسور أورين ليفي في توقيت تكاثر الشعاب المرجانية حول العالم ويتفاجأ بديوك. ومع ذلك، فإن الساعة البيولوجية للشعاب المرجانية لا تتكيف مع الأضواء الحجمية

يقول البروفيسور أورين ليفي من جامعة بار إيلان: "أردت دائمًا أن أعرف كيف توقيت تكاثر الشعاب المرجانية بهذه الدقة: مرة واحدة في السنة، أو يوم أو يومين بعد ليلة اكتمال القمر". "في الحاجز المرجاني العظيم في أستراليا، والذي يبلغ طوله 2,500 كيلومتر، تتكاثر معظم الشعاب المرجانية في تلك الليلة. كيف يحدث هذا؟"

وتشارك "الساعة البيولوجية" في توقيت مثل هذه العمليات: وهي آليات كيميائية حيوية تربط العمليات في الجسم الحي بالعمليات التي تحدث في بيئته. قرر البروفيسور ليفي دراسة آلية الساعة في الشعاب المرجانية وشقائق النعمان البحرية.

البحث عن طريق ضوء القمر

يوضح البروفيسور ليفي: "لقد اكتشفت أن التوقيت الدقيق يتم تحقيقه من خلال مجموعة من العوامل الخارجية التي تعمل على مزامنة الساعة البيولوجية". "إن نضوج الخلايا التناسلية، أي خلايا الحيوانات المنوية والبويضة، يرتبط بارتفاع درجة حرارة مياه البحر. في أستراليا تنضج وتكون جاهزة للتكاثر في شهر نوفمبر، وهو موسم الصيف في نصف الكرة الجنوبي. وعندما تنضج الخلايا التناسلية، تساعد الدورة القمرية على مزامنة الساعة البيولوجية مع يوم معين من الشهر."ما هو السؤال؟ كيف تعمل الساعات البيولوجية للشعاب المرجانية وشقائق النعمان البحرية التي تعيش في تعايش مع الطحالب؟

ليس للشعاب المرجانية وشقائق النعمان البحرية عيون (على الرغم من أن اللافقاريات الأخرى، مثل بعض المحار، تمتلك عيونًا). كيف يعرفون شكل القمر؟ حسنًا، لتمييز شدة الضوء، لا تحتاج إلى هياكل معقدة مثل العيون؛ هناك ما يكفي من الجزيئات الحساسة للضوء، والمستقبلات الضوئية، التي يمكنها تنشيط جزيئات أخرى، مثل البروتينات. قام البروفيسور ليفي بفحص ما إذا كانت هناك بروتينات يتغير مستواها في خلايا المرجان أو زنبق البحر اعتمادًا على حالة القمر، وبالفعل، وجد بروتينات يتم التعبير عنها بشكل أكبر خلال فترة اكتمال القمر، مقارنة بالليالي التي يكون فيها القمر مفقودًا. من المحتمل أن تكون هذه البروتينات مسؤولة عن التوقيت الدقيق للتكاثر. وكما هو متوقع، يمكن أن تؤدي الغيوم العالية وقت اكتمال القمر إلى تعطيل تزامن التكاثر، وتأجيل تكاثر المرجان للشهر التالي.

الساعات الخضراء

وجد البروفيسور ليفي أن هناك كائنًا حيًا آخر يشارك في ساعة النظام المرجاني: الطحالب. تعيش داخل أجسام المرجان وشقائق النعمان البحرية طحالب خضراء وحيدة الخلية تسمى الطحالب التعاونية أو زوزانثيلا. يوفر المرجان وزنابق البحر لهذه الطحالب بيئة معيشية محمية، بينما تقوم الطحالب بعملية التمثيل الضوئي وتزود مضيفيها بالسكر، أي الغذاء والطاقة. من أجل اختبار العلاقة بين ساعة الحيوان والتسارع التعاوني، يدرس البروفيسور ليفي ومجموعته قنفذ البحر من نوع فقدان القدرة على الكلام (ابتاسيا). ومن مميزاتها أنه يمكن فصلها عن طحالبها التكافلية وزراعتها بشكل منفصل. هذه هي الطريقة التي يمكن بها دراسة الساعة البيولوجية لزنبق البحر مع الطحالب وبدونها.

وأظهرت الدراسة أن ساعة المرجان وشقائق النعمان البحرية يمكنها ضبط إيقاع 12 و24 ساعة، وأن إيقاع 12 ساعة يتوسط دورات المد والجزر. لكن إيقاع ساعة الطحالب المتعاونة هو 24 ساعة؛ وعندما تعيش الطحالب في تكافل مع المرجان أو زنابق البحر، فإن وجودها يخفي ساعة الـ 12 ساعة ويحفز إيقاع الـ 24 ساعة. كيف تفعل الطحالب هذا؟ هل يتعلق العامل بمستوى السكريات المنتجة في عملية التمثيل الضوئي، أم أن مستوى الأكسجين المنبعث كمنتج ثانوي للعملية؟

يقول البروفيسور ليفي: «في رأيي، العامل المعني هو مستوى الأكسجين، ونحن قريبون من إثبات ذلك. يوجد في جميع أنحاء عالم الحيوان العديد من الساعات البيولوجية المتعلقة بمستويات الأكسجين داخل الخلايا. بل إن هناك نظرية تربط تطور الساعات البيولوجية بزيادة مستوى الأكسجين في الغلاف الجوي قبل 2.4 مليار سنة. ربما تكون العلاقة بين مستوى الأكسجين والساعات البيولوجية قديمة جدًا".

فائض الضوء وآلام المعدة من المرجان

وليس من المستغرب أن يعطل النشاط البشري هذه الآليات البيولوجية المعقدة. الضوء الاصطناعي يضر بنشاط العديد من الكائنات الحية، ولذلك يسمى "التلوث الضوئي في الليل". أظهر البروفيسور ليفي وفريقه أن التلوث الضوئي يضر بالساعة البيولوجية للشعاب المرجانية، مما يؤدي إلى تعطيل توقيت نضوج الخلايا التناسلية وتوقيت إطلاقها، أي ساعة التكاثر نفسها ضبط إيقاع 12 و 24 ساعة، وأن إيقاع 12 ساعة يتوسط دورات المد والجزر

وكجزء من عملهم، وبمساعدة منحة بحثية من مؤسسة العلوم الوطنية، يقوم الباحثون بإنشاء خريطة للتلوث الضوئي في الشعاب المرجانية حول العالم. وتشمل الدراسة الشعاب المرجانية من إيلات والعقبة إلى أوكيناوا والفلبين وأستراليا. فالحاجز المرجاني العظيم في أستراليا، على سبيل المثال، لا يعاني من التلوث الضوئي لأنه بعيد جداً عن الساحل؛ أما في إيلات والعقبة فإن الشعاب المرجانية قريبة من الشاطئ وتعاني من تلوث ضوئي شديد. تتعرض الشعاب المرجانية في خليج العقبة لأقوى إضاءة صناعية وجدت في الدراسة: 5,000 مرة أكثر من البدر.

وفي الوقت نفسه، يدرس الباحثون كيف يؤدي التلوث الضوئي إلى إتلاف مكونات مختلفة من الشعاب المرجانية. وقام الباحثون بأخذ عينات من الشعاب المرجانية خلال النهار، طوال الدورة القمرية وعلى مدار العام، وجمعوا أكثر من 256 عينة من الساحل الشمالي لمدينة إيلات، حيث التلوث الضوئي قوي جدا، ومن الساحل الجنوبي، حيث التلوث الضوئي أقل .

يقول البروفيسور ليفي: "لقد وجدنا اختلافًا كبيرًا في علم وظائف الأعضاء، ومستويات التعبير الجيني ومستويات البكتيريا في هاتين المجموعتين من الشعاب المرجانية، والتي نسميها "مرجان المدينة" و"مرجان القرية". "لقد اختفت العديد من العمليات الطبيعية الدورية، مثل عمليات التكاثر والنمو، بشكل شبه كامل في "الشعاب المرجانية في المدينة". وبسبب الإضاءة الاصطناعية القوية، فإن الشعاب المرجانية تكون في حالة من الإجهاد الحاد والمستمر. ومن أجل الحفاظ على الشعاب المرجانية وجمالها الفريد وتعدد الكائنات التي تعيش فيها، يجب أيضًا مراعاة هذا العامل في تخطيط إضاءة المدن المجاورة للشعاب المرجانية، وشدة إضاءة مصابيح الشوارع، والأماكن يجب تقليل وسائل الترفيه واللافتات."

الحياة نفسها:

يقول البروفيسور ليفي: "إن هواياتي المفضلة هي المشي مع الأشخاص الأقرب إلي، والجري، والقراءة، وكذلك أخذ إجازة من إجراء البحث والكتابة وإجراء التجربة بمفردي، مثل طالب في بداية العام". أبحاثه."

תגיות:

• جامعة بار ايلان
• أورين ليفي
• علم الحياة

مشاركة