اقیانوس مملو از حیات است، اما بیشتر آن برای چشم انسان نامرئی باقی می‌ماند. در زیر امواج، میلیاردها موجود میکروسکوپی نقش اساسی در حفظ تعادل ظریف زمین ایفا می‌کنند. در میان آن‌ها، فیتوپلانکتون‌ها از مهم‌ترین گونه‌ها به شمار می‌روند.
این موجودات گیاه‌مانند کوچک تقریباً نیمی از اکسیژنی که تنفس می‌کنیم را تولید می‌کنند و از این رو، نقشی حیاتی در بقای زندگی روی زمین دارند.
علاوه بر تولید اکسیژن، فیتوپلانکتون‌ها پایه‌ی زنجیره‌ی غذایی دریایی را تشکیل می‌دهند. بسیاری از موجودات اقیانوسی، از ماهی‌های کوچک گرفته تا نهنگ‌های عظیم، برای بقا به آن‌ها وابسته‌اند.
فیتوپلانکتون‌ها همچنین به عنوان تنظیم‌کننده‌های طبیعی اقلیم عمل کرده و مقدار زیادی دی‌اکسید کربن جذب می‌کنند، که این امر به کاهش اثرات گرمایش جهانی کمک می‌کند.
مطالعه‌ی فیتوپلانکتون‌ها و سلامت اقیانوس‌ها
با وجود اهمیت زیاد این موجودات، هنوز بسیاری از جنبه‌های نحوه‌ی عملکرد آن‌ها و واکنش‌شان به تغییرات محیطی ناشناخته باقی مانده است. محدودیت‌های روش‌های پژوهشی سنتی باعث شده است که دانشمندان برای مطالعه‌ی دقیق آن‌ها با چالش‌های بزرگی مواجه شوند.
شناخت نحوه‌ی تبدیل نور خورشید به انرژی در فیتوپلانکتون‌ها، برای پایش سلامت اقیانوس و ردیابی تغییرات اقلیمی حیاتی است.
با این حال، مطالعه‌ی این ارگانیسم‌ها چالش‌های منحصربه‌فردی دارد. بیشتر روش‌های تحقیقاتی تصویری کلی از کل جمعیت ارائه می‌دهند و تفاوت‌های بین تک‌تک سلول‌ها را نادیده می‌گیرند، یا اگر بر روی یک فیتوپلانکتون خاص تمرکز کنند، تنها اطلاعات محدودی به دست می‌آید.
این فقدان دقت باعث شده است که درک درستی از چگونگی تطبیق گونه‌های مختلف فیتوپلانکتون با شرایط متغیر محیطی نداشته باشیم.
فناوری جدید برای مشاهده‌ی فیتوپلانکتون‌های منفرد
اکنون، گروهی از پژوهشگران در دانشگاه عبری اورشلیم روشی انقلابی برای مطالعه‌ی فیتوپلانکتون‌ها در سطح سلولی توسعه داده‌اند. آن‌ها با اندازه‌گیری نوری که هر سلول ساطع می‌کند، می‌توانند تعیین کنند که فیتوپلانکتون‌ها با چه کارایی‌ای انرژی جذب و مصرف می‌کنند.
این فناوری می‌تواند توانایی دانشمندان را برای نظارت بر سلامت فیتوپلانکتون‌ها دگرگون کرده و به پیش‌بینی واکنش آن‌ها نسبت به تغییرات آب‌وهوایی آینده کمک کند.
مشاهده‌ی فیتوپلانکتون‌های منفرد
پل هریس، محقق ارشد این پروژه، درباره‌ی اهمیت این روش جدید توضیح داد:
«من بررسی می‌کنم که فیتوپلانکتون‌های منفرد چگونه به تغییرات محیطی واکنش نشان می‌دهند، آن هم از طریق نوری که از خود منتشر می‌کنند – یا به زبان علمی، بررسی طول عمر فلورسانس. در اصل، این روشی است برای سنجش میزان تبدیل نور به انرژی که فیتوپلانکتون‌ها می‌توانند در آینده استفاده کنند.»
این سیستم بر میکروسکوپی ویژه متکی است که تصاویر دقیقی از فیتوپلانکتون‌ها ثبت می‌کند، آن هم زمانی که آن‌ها از کانال‌های میکروسکوپی بسیار کوچک عبور می‌کنند. با تجزیه و تحلیل رنگ‌های مختلف نوری که از هر سلول منتشر می‌شود، دانشمندان می‌توانند اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی کارایی فیتوپلانکتون‌ها در پردازش نور به دست آورند.
تمرکز تحقیقات روی فیتوپلانکتون‌های منفرد، به جای مطالعه‌ی کل جمعیت، دیدگاه‌های عمیق‌تری درباره‌ی سازگاری‌های منحصر به فرد آن‌ها در اقیانوس ارائه می‌دهد.
تطبیق فیتوپلانکتون‌ها با نورهای مختلف
هریس و تیمش این فناوری را با بررسی سه گونه‌ی مختلف فیتوپلانکتون آزمایش کردند. یافته‌های آن‌ها نشان داد که هر گونه به شیوه‌ی خاص خود با تغییرات نوری سازگار می‌شود.
«برخی از فیتوپلانکتون‌ها مانند انسان‌هایی رفتار می‌کنند که در روزهای آفتابی عینک آفتابی می‌زنند، در حالی که برخی دیگر، مشابه افرادی هستند که به جای عینک، از کلاه برای محافظت از نور استفاده می‌کنند.»
این تفاوت‌های ظریف در استراتژی‌های تطبیقی، پیچیدگی رفتار فیتوپلانکتون‌ها را نشان می‌دهد.
توانایی ردیابی این تفاوت‌ها می‌تواند برای پیش‌بینی واکنش گونه‌های مختلف به استرس‌های محیطی بسیار ارزشمند باشد.
تغییرات اقلیمی و رفتار فیتوپلانکتون‌ها
فیتوپلانکتون‌ها نقشی کلیدی در تنظیم اقلیم زمین دارند. با افزایش دمای جهانی و تغییر شرایط اقیانوسی، دانشمندان مشتاق‌اند بدانند که این میکروارگانیسم‌های حیاتی چگونه واکنش نشان می‌دهند.
«ما باید بفهمیم که فیتوپلانکتون‌ها چگونه به تغییرات واکنش نشان می‌دهند تا بتوانیم تحولات اقیانوس را پیش‌بینی کنیم، به‌ویژه با توجه به تغییرات اقلیمی و افزایش دمای آب‌ها.» – پل هریس
تغییر در جمعیت فیتوپلانکتون‌ها می‌تواند اثر زنجیره‌ای بر کل اکوسیستم‌های دریایی داشته باشد. اگر برخی از گونه‌ها نتوانند خود را با شرایط جدید تطبیق دهند، موجوداتی که برای تغذیه به آن‌ها وابسته‌اند نیز دچار مشکل خواهند شد.
از سوی دیگر، برخی فیتوپلانکتون‌ها ممکن است در آب‌های گرم‌تر رشد کنند، که این تعادل زنجیره‌ی غذایی اقیانوس را دستخوش تغییر خواهد کرد.
پیش‌بینی شکوفایی‌های جلبکی مضر
فراتر از نقش آن‌ها در تنظیم اقلیم، جمعیت فیتوپلانکتون‌ها تأثیرات فوری بر اکوسیستم‌های دریایی نیز دارند.
اگر برخی گونه‌ها بیش از حد تکثیر شوند، می‌توانند شکوفایی‌های جلبکی سمی ایجاد کنند که سموم خطرناکی آزاد کرده و جانوران دریایی را مسموم کرده و حتی برای انسان‌ها نیز تهدید محسوب می‌شوند.
هریس معتقد است که این فناوری جدید می‌تواند به پیش‌بینی و پیشگیری از این فجایع کمک کند:
«ما می‌توانیم از این ابزار برای ارائه‌ی هشدارهای زودهنگام درباره‌ی شکوفایی‌های جلبکی استفاده کنیم.»
اگر محققان بتوانند نشانه‌های اولیه‌ی رشد نامتعارف جلبک‌ها را شناسایی کنند، ممکن است بتوانند جوامع ساحلی را پیش از وقوع فاجعه آگاه سازند.
گرم‌تر شدن آب‌ها و افزایش مواد مغذی در اقیانوس، احتمال بروز شکوفایی‌های جلبکی مضر را افزایش می‌دهد.
آینده‌ی پژوهش درباره‌ی فیتوپلانکتون‌ها
توانایی تشخیص گونه‌های مختلف فیتوپلانکتون و تجزیه و تحلیل مصرف انرژی آن‌ها، گامی بزرگ در تحقیقات دریایی محسوب می‌شود.
این فناوری دیدگاه‌های تازه‌ای درباره‌ی نقش فیتوپلانکتون‌ها در تولید اکسیژن، تنظیم کربن جهانی و بقای اکوسیستم‌های اقیانوسی ارائه می‌دهد.
با توجه به تحولات سریع در اقیانوس‌ها، شناخت فیتوپلانکتون‌ها بیش از هر زمان دیگری ضروری است. بقای آن‌ها نه تنها بر حیات دریایی، بلکه بر هوایی که تنفس می‌کنیم تأثیرگذار است.
این پژوهش در شصت و نهمین نشست سالانه‌ی انجمن بیوفیزیک در لس‌آنجلس ارائه خواهد شد.
