مدفوع پنگوئن‌ها به آب‌شدن برف‌های جنوبگان کمک می‌کند

فضولات پنگوئن‌ها با زنده نگه داشتن جلبک‌ها، برف‌های قطب جنوب را سریع‌تر ذوب می‌کند.

پنگوئن‌های قطب جنوب با فضولات خود، مواد مغذی موردنیاز جلبک‌های برفی را تأمین می‌کنند و به گسترش لکه‌های سبزرنگ روی سطح برف دامن می‌زنند. پژوهشی جدید نشان می‌دهد این جلبک‌ها در نزدیکی کلونی‌های پنگوئن‌ها رشد بیشتری دارند و برف سبزرنگ حاصل از آن‌ها سریع‌تر از برف سفید و دست‌نخورده ذوب می‌شود. این فرایند ممکن است گسترش مناطق بدون برف و یخ در قطب جنوب را سرعت ببخشد.

با افزایش دما در سراسر قطب جنوب، زیستگاه جلبک‌های برفی در مناطق ساحلی گسترش پیدا می‌کند. این جلبک‌ها با تیره‌تر کردن سطح برف، میزان جذب انرژی خورشیدی را افزایش می‌دهند و زمینه را برای گرم‌تر شدن محیط و ذوب بیشتر برف فراهم می‌سازند. پنگوئن‌ها نیز با پراکنده کردن فضولات خود روی برف، ناخواسته مواد مغذی ضروری جلبک‌ها را تأمین می‌کنند؛ موادی که به سبز ماندن این جلبک‌ها کمک کرده و اثر آن‌ها بر ذوب برف را تشدید می‌کند.

علیا خان، زیست‌زمین‌شیمی‌دان حوزه یخ‌کره در دانشگاه کلرادو بولدر و نویسنده ارشد این پژوهش، که تحقیقات اولیه را در دانشگاه وسترن واشینگتن آغاز کرده بود، گفت

ارتباط میان حیات‌وحش، مواد مغذی و جلبک‌های برفی، یکی از حلقه‌های مهم و مفقود در پیش‌بینی گسترش مناطق بدون یخ در قطب جنوب به شمار می‌رود. اگر اثر تیره‌کنندگی ناشی از فعالیت موجودات زنده را در محاسبات خود لحاظ نکنیم، احتمالاً سرعت ذوب برف‌های ساحلی و گسترش زمین‌های بدون یخ در سراسر قطب جنوب را کمتر از میزان واقعی برآورد خواهیم کرد.

نتایج این پژوهش در مجله Journal of Geophysical Research: Biogeosciences، متعلق به اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا، منتشر شده است. این نشریه به بررسی فرایندهای زیست‌زمین‌شیمیایی در سامانه زمین و تغییرات آن‌ها در گذشته، حال و آینده می‌پردازد.

رنگ سبز به معنای رشد بیشتر است

خان و گروه پژوهشی او روی جلبک‌های برفی قطب جنوب تمرکز کردند؛ جلبک‌هایی که در برخی مناطق آن‌قدر متراکم رشد می‌کنند که رنگ سطح برف را به قرمز یا سبز تغییر می‌دهند. هنگامی که مواد مغذی به مقدار کافی در دسترس این جلبک‌ها قرار داشته باشد، آن‌ها فعال باقی می‌مانند و با تولید رنگ‌دانه‌های سبزی مانند کلروفیل، ظرفیت فXNETتز خود را افزایش می‌دهند. به این ترتیب، جلبک‌ها می‌توانند در تابستان کوتاه قطب جنوب با سرعت بیشتری رشد کنند.

در مقابل، زمانی که مواد مغذی کمیاب باشند یا شرایط محیطی دشوار شود، جلبک‌ها رشد خود را کاهش می‌دهند و برای محافظت در برابر نور خورشید، رنگ‌دانه‌های قرمز شبیه ضدآفتاب تولید می‌کنند. در چنین شرایطی، انرژی بیشتری صرف محافظت از سلول‌ها می‌شود و روند رشد جلبک‌ها به حالت کم‌فعالیت درمی‌آید.

برف قرمزرنگ حدود ۲۰ درصد بیشتر از برف سفید و تمیز انرژی خورشیدی جذب می‌کند. این انرژی اضافی سطح برف را گرم‌تر کرده و در نتیجه، روند ذوب آن را افزایش می‌دهد. اما زمانی که مواد مغذی فراوان باعث تولید رنگ‌دانه‌های سبز بیشتر و افزایش تعداد سلول‌های جلبکی شوند، برف سبزرنگ می‌تواند تا دو برابر انرژی بیشتری نسبت به برف قرمز جذب کند؛ یعنی میزان جذب انرژی آن حدود ۴۰ درصد بیشتر از برف سفید خواهد بود. این افزایش جذب انرژی، فرایند ذوب برف را بیش از پیش تشدید می‌کند.

در مناطق فقیر از نظر مواد مغذی، جلبک‌های برفی رشد خود را متوقف می‌کنند و به رنگ قرمز درمی‌آیند. در مقابل، حضور پنگوئن‌ها و دیگر جانوران با تأمین مواد مغذی، به سبز ماندن جلبک‌ها و ادامه رشد آن‌ها کمک می‌کند. در نتیجه، فعالیت زیستی جلبک‌ها به افزایش سرعت ذوب برف‌های قطب جنوب منجر می‌شود. اعتبار تصویر: اقتباس از پژوهش رایان و خان، سال ۲۰۲۶.

نمونه‌برداری در میان فضولات پنگوئن‌ها

گروه پژوهشی برای جمع‌آوری نمونه‌های جلبک برفی قرمز و سبز، با قایق از آب‌های متلاطم گذرگاه دریک عبور کرد و در امتداد سواحل شبه‌جزیره غربی قطب جنوب به نمونه‌برداری پرداخت. این بررسی محدوده‌ای به وسعت پنج درجه عرض جغرافیایی را پوشش می‌داد و هم مناطق دارای کلونی پنگوئن‌ها و هم نواحی فاقد این کلونی‌ها را در بر می‌گرفت.

جمع‌آوری نمونه در نزدیکی کلونی‌های پنگوئن‌ها چندان خوشایند نیست؛ زیرا پژوهشگران باید برای برداشت برف رنگ‌گرفته از جلبک‌ها، به فضولات بدبوی این پرندگان نزدیک شوند و نمونه‌ها را با قاشق‌های سرامیکی داخل کیسه‌ها جمع‌آوری کنند.

علیا خان درباره دشواری این کار گفت

فضولات پنگوئن‌ها از نظر ظاهری شباهت زیادی به جلبک‌های قرمزرنگ برفی دارند. کار کردن در نزدیکی پنگوئن‌ها بسیار بدبو است. آن‌ها در میان فضولات خود راه می‌روند و آن را در سراسر سطح برف پخش می‌کنند.

خوشبختانه، تشخیص تفاوت میان فضولات پنگوئن‌ها که گوانو نامیده می‌شود و جلبک‌های برفی، در محیط آزمایشگاه آسان‌تر است. الیز رایان، نویسنده اصلی پژوهش، به همراه دیگر اعضای آزمایشگاه خان، تعداد سلول‌های جلبکی موجود در هر نمونه برف را زیر میکروسکوپ شمارش کرد. آن‌ها همچنین رنگ‌دانه‌ها و مواد مغذی نمونه‌ها را استخراج و بررسی کردند.

نتایج نشان داد در نمونه‌هایی که سلول‌های جلبکی آن‌ها عمدتاً دارای رنگ‌دانه‌های سبز بودند، مقدار فسفات برف به‌مراتب بیشتر از نمونه‌هایی بود که جلبک‌های آن‌ها بیشتر رنگ‌دانه‌های قرمز محافظتی تولید می‌کردند. فسفات یکی از مواد مغذی مهم موجود در فضولات پنگوئن‌ها به شمار می‌رود و نقش مهمی در رشد جلبک‌ها دارد.

خان درباره اهمیت این یافته گفت

این نتیجه ارتباط میان شبکه غذایی دریایی و بوم‌شناسی برف را آشکار می‌کند. پنگوئن‌ها و پرندگان دریایی دیگری مانند اسکواها پس از تغذیه از جانوران دریایی، مواد مغذی حاصل از این رژیم غذایی، از جمله فسفات، را از طریق فضولات خود به سطح برف‌های ساحلی منتقل می‌کنند. فضولات پنگوئن‌ها مانند کود عمل می‌کنند و مواد موردنیاز برای رشد انبوه جلبک‌های سبزرنگ برفی را فراهم می‌سازند.

در تصویر منتشرشده از این پژوهش، کلونی‌ای از پنگوئن‌های جنتو در ساحل شبه‌جزیره قطب جنوب دیده می‌شود. این پرندگان با تغذیه از جانوران دریایی، مواد مغذی فراوانی دریافت می‌کنند و سپس بخشی از این مواد را از طریق فضولات خود به خشکی انتقال می‌دهند. اعتبار تصویر: آنِت بومبوش.

پیش‌بینی ذوب برف در مناطق قطبی

با تغییر شرایط محیطی و حرکت پنگوئن‌ها به سمت مناطق نزدیک‌تر به قطب جنوب، این احتمال وجود دارد که زیستگاه‌های جلبک‌های برفی که از مواد مغذی فضولات جانوران بهره می‌برند، گسترش پیدا کنند. در چنین شرایطی، اثر این جلبک‌ها بر افزایش ذوب برف نیز می‌تواند مناطق وسیع‌تری را در بر بگیرد.

با این حال، پیش‌بینی‌های علمی کنونی درباره میزان ذوب برف و یخ در قطب جنوب هنوز این پدیده را در محاسبات خود لحاظ نکرده‌اند. گروه پژوهشی خان نخستین گروهی است که ارتباط مستقیمی میان فضولات پنگوئن‌ها و مراحل رنگی مختلف چرخه زندگی جلبک‌های برفی نشان داده است.

با وجود این یافته‌ها، برای افزودن اثر سبز شدن جلبک‌ها در نتیجه دریافت مواد مغذی از فضولات جانوران به مدل‌های پیش‌بینی ذوب برف در شبه‌جزیره قطب جنوب، همچنان به داده‌های بیشتری نیاز است.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.