نظرًا لأن التغير المناخي والتلوث يعرضان الشعاب المرجانية للخطر، فإن العلماء يعملون على إعادة إعمار المحيطات في المستقبل

الشعاب المرجانية هي بعض من أقدم النظم البيئية وأكثرها تنوعًا على الأرض، ومن بين الأكثر قيمة.إنهم يرعون 25% من جميع أشكال الحياة في المحيطات, حماية السواحل من العواصف وإضافة مليارات الدولارات سنويا على الاقتصاد العالمي من خلال تأثيرها على مصايد الأسماك، والمستحضرات الصيدلانية الجديدة، والسياحة والترفيه.

اليوم، الشعاب المرجانية في العالم تتدهور معدلات غير مسبوقة بسبب التلوث والصيد الجائر و الغابات المدمرة و ممارسات التعدين على الأرض.تغير المناخ مدفوع بالأنشطة البشرية ارتفاع درجة حرارة المحيطات وتحمضها, ، مما اثار ما يمكن أن يكون أكبر حدث تبيض المرجان على الإطلاق.وفي ظل هذه الضغوط مجتمعة، يتوقع العلماء أن معظم الشعاب المرجانية يمكن أن تنقرض في غضون بضعة أجيال.

أنا أ عالم الأحياء البحرية في سميثسونيان المعهد الوطني لحديقة الحيوان والمحافظة على الأحياء.لمدة 17 عامًا، عملت مع زملائي لإنشاء برنامج علمي عالمي يسمى مبادرة استعادة الشعاب المرجانية يهدف إلى المساعدة في إنقاذ الشعاب المرجانية باستخدام علم الحفظ بالتبريد.

يتضمن هذا النهج الجديد تخزين وتبريد الحيوانات المنوية واليرقات المرجانية، أو الخلايا الجرثومية, ، في درجات حرارة منخفضة جدًا واحتجازها المستودعات الحيوية الحكومية.

تعتبر هذه المستودعات وسيلة تحوط مهمة ضد انقراض الشعاب المرجانية.وإذا تمت إدارتها بشكل فعال، فإنها يمكن أن تساعد في تعويض التهديدات التي تتعرض لها الشعاب المرجانية على الأرض على نطاق عالمي.ويمكن استخدام هذه الأصول المجمدة اليوم، بعد 10 سنوات أو حتى 100 عام من الآن للمساعدة في إعادة زرع المحيطات واستعادة الشعاب المرجانية الحية.

مجمدة على قيد الحياة بأمان

الحفظ بالتبريد هو عملية لتجميد المواد البيولوجية مع الحفاظ على صلاحيتها.وهو يتضمن إدخال مواد تشبه السكر، تسمى المواد الواقية من البرد، إلى الخلايا للمساعدة في منع تكوين الجليد القاتل أثناء مرحلة التجميد.إذا تم القيام بذلك بشكل صحيح، تظل الخلايا مجمدة وحية في النيتروجين السائل، دون تغيير، لسنوات عديدة.

تعيش العديد من الكائنات الحية خلال فصول الشتاء الباردة في الطبيعة من خلال حفظها بالتبريد بشكل طبيعي مع انخفاض درجات الحرارة في موائلها إلى ما دون درجة التجمد، وهناك مثالان شائعان في جميع أنحاء أمريكا الشمالية: بطيئات المشية - حيوانات مجهرية تعيش في الطحالب والأشنات - و ضفادع الخشب.

اليوم، تعتمد تقنيات الحفظ بالتبريد المرجاني إلى حد كبير على تجميد الحيوانات المنوية واليرقات.منذ عام 2007، قمت بتدريب العديد من الزملاء على حفظ المرجان بالتبريد وعملت معهم للحفاظ على الحيوانات المنوية المرجانية بنجاح.اليوم لدينا حيوانات منوية من أكثر من 50 نوعًا من الشعاب المرجانية محفوظة في المستودعات الحيوية في جميع أنحاء العالم.

لقد استخدمنا هذه الحيوانات المنوية المحفوظة بالتبريد لإنتاج مرجان جديد عبر منطقة البحر الكاريبي من خلال عملية تكاثر انتقائية تسمى تدفق الجينات المساعدة.كان الهدف هو استخدام الحيوانات المنوية المحفوظة بالتبريد والشعاب المرجانية المتزاوجة التي لم يكن من الضروري أن تتقابل مع بعضها البعض - وهو نوع من التوفيق بين المسافات الطويلة.

يتم الحفاظ على التنوع الجيني من خلال الجمع بين أكبر عدد ممكن من الآباء المختلفين لإنتاج ذرية جديدة منتجة جنسيا.وبما أن الشعاب المرجانية يتم تثبيتها في قاع البحر، فعندما تنخفض أعداد السكان في منطقتها، يمكن إدخال أفراد جدد عن طريق الحفظ بالتبريد.والأمل هو أن هذه المجموعات الجينية الجديدة قد يكون لها تكيف يساعد المرجان على البقاء على قيد الحياة مع التغيرات في المحيطات التي ترتفع درجة حرارتها في المستقبل.

أنتجت دراسات تدفق الجينات المساعدة هذه 600 فرد جديد متنوع وراثيًا من مرجان الخورن المهدد بالانقراض أكروبورا بالماتا.اعتبارًا من أوائل عام 2024، لم يتبق سوى حوالي 150 فردًا من فصيلة الخورن في البرية من بين سكان فلوريدا.إذا أتيحت الفرصة لهذه الشعاب المرجانية المرباة بشكل انتقائي والمحفوظة في الأسر، فيمكن أن تزيد بشكل كبير من مجموعة جينات الخورن البرية.

يعد الحفاظ على خلايا الحيوانات المنوية واليرقات بمثابة تحوط مهم ضد فقدان التنوع البيولوجي وانقراض الأنواع.ولكن لا يمكننا جمع هذه المواد إلا خلال أحداث التفريخ عابرة عندما يطلق المرجان البيض والحيوانات المنوية في الماء.

وتحدث هذه الأحداث على مدى بضعة أيام فقط في السنة ــ وهي فترة زمنية صغيرة تفرض تحديات لوجستية على الباحثين والمدافعين عن البيئة، وتحد من السرعة التي يمكننا بها حفظ الأنواع المرجانية في البنوك المبردة بنجاح.

ومما يزيد الأمور تعقيدًا أن ارتفاع درجة حرارة المحيطات وموجات الحرارة البحرية المتكررة بشكل متزايد يمكن أن تؤدي إلى إجهاد الشعاب المرجانية بيولوجيًا.وهذا يمكن أن يجعل المواد الإنجابية الخاصة بها أضعف من أن تتحمل قسوة الحفظ بالتبريد والذوبان.

توسيع نطاق الإنقاذ

لجمع المواد المرجانية بشكل أسرع، نقوم بتطوير عملية الحفظ بالتبريد لأجزاء المرجان بأكملها، باستخدام طريقة تسمى التزجيج المتساوي.هذه التقنية لا تزال تتطور.ومع ذلك، إذا نجحت تمامًا، فسوف تحافظ على أجزاء مرجانية كاملة دون التسبب في تكوين الجليد في أنسجتها، وبالتالي إنتاج أجزاء قابلة للحياة بعد إذابتها والتي تزدهر ويمكن وضعها مرة أخرى على الشعاب المرجانية.

للقيام بذلك، نقوم بتجفيف الجزء عن طريق تعريضه لكوكتيل لزج مضاد للتبريد.ثم نضعها في اسطوانة ألمنيوم صغيرة ونغمر الاسطوانة في النيتروجين السائل الذي تبلغ درجة حرارته -320 درجة فهرنهايت (-196 درجة مئوية).

تعمل هذه العملية على تجميد محتويات الأسطوانة بسرعة كبيرة بحيث تشكل المادة الواقية من البرد زجاجًا شفافًا بدلاً من السماح لبلورات الجليد بالتطور.عندما نريد إذابة الأجزاء، نضعها في حمام مائي دافئ لبضع دقائق، ثم نعيد ترطيبها في مياه البحر.

باستخدام هذه الطريقة، يمكننا جمع أجزاء المرجان وحفظها بالتبريد على مدار العام، حيث لا يتعين علينا الانتظار ومراقبة أحداث التفريخ العابرة.هذا النهج يسرع بشكل كبير جهودنا في الحفاظ على البيئة.

سوف تتطلب حماية أكبر عدد ممكن من الأنواع توسيع علومنا ومشاركتها لإنشاء مادة مرجانية قوية محفوظة بالتبريد والذوبان من خلال طرق متعددة.أريد أنا وزملائي أن تكون التكنولوجيا سهلة وسريعة ورخيصة حتى يتمكن أي محترف من تكرار عمليتنا ومساعدتنا في الحفاظ على الشعاب المرجانية في جميع أنحاء العالم.

لقد أنشأنا برنامج تدريب على تبريد المرجان يعتمد على الفيديو ويتضمن توجيهات لـ بناء مجمدات بسيطة مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد, ، وتعاونا مع المهندسين لتطوير أساليب جديدة تسمح الآن بتجميد يرقات المرجان بالمئات شبكات معدنية بسيطة وغير مكلفة.ستتيح هذه الأدوات الجديدة للمختبرات في جميع أنحاء العالم تسريع عملية جمع المرجان حول العالم بشكل كبير خلال السنوات الخمس المقبلة.

حماية المستقبل

تقدر النماذج المناخية الحديثة أنه إذا استمرت انبعاثات الغازات الدفيئة بلا هوادة، فإن 95٪ أو أكثر من الشعاب المرجانية في العالم ستموت يمكن أن يموت بحلول منتصف 2030s.وهذا يترك القليل من الوقت الثمين للحفاظ على التنوع البيولوجي والتنوع الجيني للشعاب المرجانية.

أحد الأساليب، الذي يجري تنفيذه بالفعل، هو جلب جميع أنواع المرجان إلى الرعاية البشرية.سميثسونيان هو جزء من تحالف كورال بيوبنك, وهو تعاون دولي للحفاظ على الشعاب المرجانية من خلال جمع المستعمرات الحية والهياكل العظمية والعينات الجينية واستخدام أفضل الممارسات العلمية للمساعدة في إعادة بناء الشعاب المرجانية.

حتى الآن، هناك أكثر من 200 نوع من المرجان، من بين حوالي 1000 نوع معروف من المرجان الصلب، وآلاف المستعمرات، تحت الرعاية البشرية في مؤسسات حول العالم، بما في ذلك المنظمات المرتبطة بالولايات المتحدة.والأسلحة الأوروبية ل جمعية حدائق الحيوان وأحواض السمك.وعلى الرغم من أن هذه الحيوانات مستنسخة من مستعمرات من البرية، إلا أنه يمكن وضع هؤلاء الأفراد في أنظمة تربية المرجان التي يمكن استخدامها لحفظ يرقاتها المتنوعة وراثيًا بالتجميد لاحقًا.وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام يرقاتها في مشاريع ترميم الشعاب المرجانية.

وإلى أن يتم إبطاء تغير المناخ وعكس اتجاهه، ستستمر الشعاب المرجانية في التدهور.إن ضمان مستقبل أفضل للشعاب المرجانية سيتطلب بناء مستودعات حيوية للشعاب المرجانية، وإنشاء مشاتل على الأرض لعقد مستعمرات مرجانية وتطوير مستوطنين يرقات جدد، وتدريب متخصصين جدد في مجال التبريد.

لعقود من الزمن، استخدمت حدائق الحيوان التكاثر في الأسر وإعادة الإدخال لحماية الأنواع الحيوانية التي انخفضت إلى مستويات منخفضة للغاية.وبالمثل، أعتقد أن حلولنا الجديدة يمكن أن تخلق الأمل وتساعد في إنقاذ الشعاب المرجانية لإعادة زرع محيطاتنا اليوم وعلى المدى الطويل في المستقبل.

تم تحديث هذه المقالة لتشمل تطور حدث تبيض المرجان على نطاق عالمي في ربيع عام 2024.