علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Fish in Winter – Changes in Latitudes, Changes in Attitudes
(بقلم: إل إي (ستيف) ميراندا – L.E. Miranda)
[ مدخل ]
يسلط البحث المنشور في موقع جمعية إدارة البحيرات في أمريكا الشمالية (North American Lake Management Society) للباحث إل إي (ستيف) ميراندا، وهو مساعد قائد وحدة أبحاث الأسماك والحياة البرية التعاونية التابعة للمسح الجيولوجي الأمريكي في جامعة ولاية ميسيسيبي، على تأثير الطقس والموقع الجغرافي على تواجد وتكاثر الأسماك،،،
وقد تمت ترجمته بقصد الاستفادة من معلوماته البحثية، وذلك لأن للأسماك أهمية خاصة في حياة مجتمعنا من نواحٍ اقتصادية وغذائية وتراثية، وكثيرًا ما يحتم علينا تفكير عقلنا الفضولي (our inquisitive mind) التساؤل عن بعض الخصوصيات المتعلقة بالأسماك، ومحاولة إيجاد أجوبة لما يطرح من استفسارات مثل نفوق الأسماك في الصيف وشحها في الشتاء وأوقات توفر اصنافها المتعددة والمتنوعة، ومواسم الصيد، وجودة السمك وملائمتها للموائد والأكل في مختلف فصول العام. نحن نحرص على كل هذا الاهتمام لأن السمك يمثل وجبة أساسية وضرورية في غذائنا اليومي وأطباق موائدنا وإكرام ضيوفنا الذي نخشى إنهم لا يستسيغون السمك لقلة خبرتهم به أو عدم إلمامهم بعلومه.
( ترجمة البحث )
لدرجة حرارة البيئة الخارجية تأثير مباشر على الأسماك، لأنها تؤثر على قدرة تحكمها في عملياتها الفسيولوجية، بدأً من وظيفة الخلية على المستوى الأيوني والجزيئي إلى السلوك المتكامل للجسم كله.
فمن خلال التفاعلات بين خصائص البحر البيئية والتحمل الفسيولوجي للأسماك يتشكل التوزيع الجغرافي لأنواع الأسماك المختلفة تبعًا لدرجات الحرارة، وبناءً عليه يتبدل نمط حياة الأسماك وطرق معيشتها في فصل الشتاء تبدلًا تام. وتشمل هذه التغيرات: النمو الجسدي، والحجم، والعمر عند النضج، والإنجاب، ووقت التفريخ، وطول العمر.
الأثر المباشرة لفصل الشتاء على معظم الأسماك يكون في التأثير على حرارة جسمها الخارجي، مما يعني أن درجة حرارة اجسامها تختلف تبعًا لدرجة حرارة بيئتها. وتعتبر الحرارة الخارجية للأسماك مفيدة لأنها تستخدم خياشيم التنفس، الأمر الذي يتطلب تأقلم درجة حرارة أجسامها مع درجة حرارة الماء لضمان التبادل الفعال للغازات بين الماء، من خلال الغشاء، ومجرى الدم (Fry 1971).
الأكسجين الكامل للدم من خلال الخياشيم ليس عملية سريعة، كما أن التدرج الحراري بين الدم والماء الخارجي من شأنه أن يزيد من إبطاء الأوكسجين.
هذا التباين بين الطلب على الأكسجين وقدرة نظام الأكسجين على تزويد الأنسجة هو الآلية الأساسية التي تحدد قدرة تحمل الأسماك للدرجات الحرارية القصوى. في المياه المجمدة، يتم رفض تبادل الغازات لذلك لا تستطيع الأسماك، في عمومها تحمل التجمد. وأدنى درجة حرارة ممكنة يمكن تحملها هي ما تكون قريبة من 0 درجة مئوية نظرا لأن نقطة تجمد بلازما الدم تتراوح بين -0.5 و -1.0 درجة مئوية. إلا إن بعض الأسماك البحرية طورت عوامل مضادة للتجمد فيكون بإمكانها خفض نقطة تجمد بلازما الدم وبالتالي خفض درجات الحرارة المميتة إلى ما دون نقطة تجمد مياه البحر بقليل، والتي تبلغ حوالي -2 درجة مئوية. ومع ذلك، لم يتم الإبلاغ عن مثل هذه التعديلات لأسماك المياه العذبة.
خطوط الطول العرض في الجغرافيا
خط العرض هو إحداثي يحدد الموقع الشمالي والجنوبي لنقطة على سطح الأرض. يعطى خط العرض كزاوية تتراوح من -90 درجة في القطب الجنوبي إلى 90 درجة عند القطب الشمالي، مع 0 درجة عند خط الاستواء. تمتد خطوط العرض الثابتة، أو المتوازيات، من الشرق إلى الغرب كدوائر موازية لخط الاستواء. ويتم استخدام خطوط الطول والعرض معا كزوج إحداثيات لتحديد موقع على سطح الأرض.
عندما نقترب من خط الاستواء، نكون قد انتقلنا إلى خط عرض أدنى. وعلى العكس من ذلك، عندما نبتعد عن خط الاستواء، فإننا ننتقل إلى خط عرض أعلى. توجد أعلى خطوط العرض الممكنة في القطبين الشمالي والجنوبي، اللذين يقعان عند 90 درجة شمالا (90 درجة شمالا) و 90 درجة جنوبا (90 درجة جنوبا) على التوالي. وإلى جانب خط الاستواء، هناك أربعة أوجه تشابه أخرى ذات أهمية:
| الدائرة القطبية الشمالية | 66° 34′ (66.57°) N | Arctic Circle |
| مدار السرطان | 23° 26′ (23.43°) N | Tropic of Cancer |
| مدار الجدي | 23° 26′ (23.43°) S | Tropic of Capricorn |
| الدائرة القطبية الجنوبية | 66° 34′ (66.57°) S | Antarctic Circle |
الآثار غير المباشرة لفصل الشتاء
يؤدي انخفاض في درجة حرارة الهواء المرتبطة بالشتاء في خطوط العرض العليا إلى مجموعة من الظروف التي تختلف اختلافا حادا عن تلك السائدة في الأشهر الأكثر دفئا أو في خطوط العرض المنخفضة. الغطاء الجليدي الذي يستمر لعدة أسابيع، وغالبا ما يغطيه الثلج، يفصل البحيرات بشكل فعال عن عالمها الهوائي الفوقي.
تتأثر العديد من العمليات أو تتوقف جزئيًا بسبب سقف الجليد أو الثلج الذي يعلو الماء ويمنع تهويته التي تتم بفضل حركة الرياح والأمواج، كما يقلل أو يوقف تبادل الغازات مع الغلاف الجوي إذا انتشر بشكل كبير، مما يقيد التبادل الحراري بين الهواء والماء، أضافة إلى تقليل انتقال الضوء إلى الماء بسبب الثلج، وأحيانا إلى الصفر تقريبا.
العواقب الحيوية لهذه الظروف المتغيرة كثيرة (Greenback 1945). يؤدي غياب حركة الأمواج عندما تتجمد البحيرات إلى ركود قد يؤدي إلى انخفاض الأكسجين المذاب مما يؤدي إلى القضاء على بعض الأسماك أو جميعها (شتاء قاتل للأسماك). وتكون البحيرات الضحلة ذات الغطاء النباتي الوفير أو الرواسب العضوية الغنية معرضة لخطر كبير بشكل خاص.
البحيرات التي تواجه شتاء قاتل، عادة ما تدعم تكوين مجتمعا فريدًا من أنواع الأسماك التي تمتلك مجموعة من الاستراتيجيات المتخصصة لتحمل ظروف الأكسجين المنخفضة في فصل الشتاء. عندما يكون الشتاء طويلا ومستويات الأكسجين المنخفضة متواترة ومستمرة، لا يكون للأسماك قدرة على التأقلم مما يؤدي في الغالب إلى خلو البحيرات من الأسماك.
ولكي تستمر أنواع الأسماك المقاومة لتأثير الشتاء، لابد لها أن تطور استراتيجيات للتعامل مع تأثيراته المباشرة وغير المباشرة لتنجو من ظروف الشتاء القاسية وتوفر ميزة بقاء نسلها على قيد الحياة. في هذا السياق، تظهر الأسماك ثلاث استراتيجيات عامة للتعامل مع الشتاء، وكلها تركز على استراتيجيات إدارة الطاقة (Shuter et al. 2012)، وتشمل: تخزين الطاقة استعدادًا لفصل الشتاء، والحفاظ على الطاقة لضمان استمرار الاحتياطيات في فصل الشتاء، وتخصيص الطاقة لتوزيعها بشكل مناسب للكمية والتوقيت المطلوبين للتكاثر بنجاح مع السماح بالبقاء الفردي و / أو زيادة بقاء صغارها على قيد الحياة. غالبا ما تستخدم الأسماك مزيجا من هذه الاستراتيجيات، لتناسب اختلاف أنواعها، واختلاف خطوط العرض التي تؤثر في نفس هذه الأنواع.
تخزين الطاقة
أظهرت الدراسات التي أجريت على أنواع مختلفة من الأسماك أن مجموعات خطوط العرض العليا تراكم احتياطيات كبيرة من الطاقة بسرعة، ولكنها تنضب خلال فصل الشتاء ثم تزداد مرة أخرى قبل موسم التكاثر اللاحق. وتتراكم معظم أنواع الأسماك الطاقة خلال الأشهر الدافئة وتستنفذها خلال فصل الشتاء. إن التباين الزمني في تراكم الطاقة الجسدية (معظمها من الدهون) هو تكيف موسمي واسع النطاق.
عادة ما تكون الدهون والجليكوجين هي الاحتياطيات الأولى التي يتم استخدامها عندما تكون الأسماك غير قادرة على البحث عن الطعام لأن الطعام يصبح نادرا، أو إن التمثيل الغذائي ينخفض بسبب درجات الحرارة الباردة. وإذا طالت فترات الجوع واستنفدت احتياطيات الطاقة، تبدأ الأسماك في استقلاب أنسجة العضلات والكبد.
ويكون بمقدور الإناث البالغات استخدام الطاقة المخزنة في المبايض التي من المفترض أن تكون مخصصة لإنتاج البويضات. على العكس من ذلك، تراكم الأسماك في خطوط العرض المنخفضة ببطء احتياطيات صغيرة نسبيا حتى يبدأ التفريخ. وبالتالي، تظهر الأسماك في خطوط العرض المنخفضة (الأقرب لخط الاستواء) ميلا أقل لتراكم الدهون وتظهر تباينا سنويا منخفضا في تخزين الطاقة من الأسماك في مجموعات خطوط العرض العالية (الأبعد عن خط الاستواء).
بالنسبة لأنواع الأسماك ذات التوزيعات العرضية الواسعة، تتقلص مدة موسم نموها الأول عدة أضعاف مع زيادة خطوط العرض. في المقابل، يكون حجم الجسم أصغر بحلول نهاية موسم النمو، ولكن ليس بقدر الانخفاض في طول موسم النمو (Yamahira and Conover 2002).
تشير هذه الظاهرة إلى أن معدل النمو خلال موسم النمو يجب أن يكون أعلى عندما تكون مدة هذا الموسم أقصر، وذلك لأن الفراخ الأكبر حجما يمكنها أن تعيش في فصل الشتاء بشكل أفضل من الأصغر حجما، وإن اختيار حجم الجسم الكبير قد يفسر النمو الأسرع في خطوط العرض الأعلى.
الحفاظ على الطاقة
تشمل استراتيجيات الحفاظ على الطاقة خلال فصل الشتاء تقليل التمثيل الغذائي واختيار الموائل المتساهلة. تم ربط الانخفاض في التمثيل الغذائي بانخفاض درجة الحرارة والفترة الضوئية التي تحدث خلال فصل الشتاء عند خطوط العرض العالية، مثل هذه الاستنتاجات لا تكون واضحة بشكل متزايد عند خطوط العرض المنخفضة، على الرغم من عدم الحاجة إليها على الأرجح لأن الشتاء معتدل.
غالبًا ما تتضمن استراتيجيات اختيار الموائل خلال فصل الشتاء اختيار الموائل الدقيقة (microhabitats) المناسبة مثل تدفقات المياه الجوفية أو الجداول الجوفية، والمياه العميقة حيث احتمال وجود درجة حرارة أكثر ملاءمة. بعض الأسماك، مثل رؤوس الثيران (Ameiurus spp)، تأخذها إلى أبعد من ذلك قليلا وتحفر في الوحل أو الحصى للحصول على القليل من الدفء الإضافي. قد تستفيد بعض الأنواع من الغطاء الجليدي والظروف المظلمة. هذا لأنه في الظروف الخالية من الجليد قد يصبح كل من المفترس والفريسة أكثر نشاطا. يقل النشاط في حال انخفاض درجة الحرارة والرؤية مما يؤدي إلى تقليل التمثيل الغذائي وخطورة الافتراس.
ويمكن اعتبار البربوط لوتا لوتا (burbot Lota lota) نموذج لهذا النموذج الشتوي الذي يكون أكثر نشاطا في الشتاء ويظهر القليل من الحركة في الصيف. ففي الصيف، يتم تقل تغذية البربوط ومعدلات أيضه، ويتم استنفاد مخازن الطاقة. أما خلال فصل الشتاء، فيكون متغذي مفترسا فعال في القاع ويتم تجديد مخازن الطاقة الخاصة به. قد يكون من المفيد أن يعرض البربوط هذه الإستراتيجية العكسية لأن معظم منافسيه غير نشطين نسبيا في فصل الشتاء، وبالتالي يمكن أن تقل من منافسة البربوط الغذائية مع الأنواع الأخرى وبالتالي تقل مخاطر افتراسه.
كمثال آخر، يظهر (gars Lepisosteus) بشكل دوري لابتلاع الهواء في ظل ظروف الأكسجين المذاب المنخفض لأن خياشيمها ليست كافية لدعم الطلب على الأكسجين لعملية التمثيل الغذائي المرتفعة عند درجة حرارة أعلى. عندما يغطي الجليد البحيرات، لا تستطيع الغار الوصول للسطح. خلال هذه الفترات التي لا تستطيع فيها الغار الظهور، فإن درجة حرارة الماء البارد تقلل من عملية التمثيل الغذائي إلى مستوى يمكن فيه تلبية متطلبات الأكسجين بالخياشيم فقط، إلى جانب ارتفاع تركيز الأكسجين المذاب في الماء البارد.
تخصيص الطاقة
تركز استراتيجيات تخصيص الطاقة بشكل أساسي على توقيت التكاثر لضمان وصول اليرقات بفعالية إلى نبض الإنتاج الصيفي، حتى على حساب بقاء الوالدين. تحقيقا لهذه الغاية، يرتبط توقيت التكاثر للعديد من أنواع أسماك المياه العذبة في أمريكا الشمالية ارتباطا مباشرا بالاستراتيجية الحرارية: الأسماك التي تفضل درجات الحرارة المنخفضة مثل العديد من السلمونيات والكورجونيدات تفرخ في الغالب في الخريف والأسماك التي تفضل درجات حرارة أكثر دفئا مثل (percids) و (centrarchids) تفرخ في الربيع.
يبدو أن التوقيت يشار إليه من خلال درجة الحرارة والفترة الضوئية، والتي تتحكم في نافذة الفرصة حال إمكانية حدوث التكاثر. تفرخ العديد من الأنواع التي تتكيف مع ظروف المياه الباردة لخطوط العرض الشمالية في الخريف. تضع هذه الإستراتيجية البيض في الفقس واليرقات لبدء التغذية في بداية نبضة الإنتاج الربيعي وزيادة استهلاك الطعام وكفاءة الاستيعاب. تسمح هذه الاستراتيجية لصغار الأسماك السمك بالاستفادة القصوى من موسم النمو القصير. وعلى العكس من ذلك، فإن الأنواع التي تتكيف مع ظروف المياه الدافئة تعمل بشكل أفضل خلال فترات درجات الحرارة الأكثر دفئا.
يسمح التفريخ في الربيع بنمو الجنين السريع في أواخر الربيع وأوائل الصيف ويسمح ليرقات الأسماك بالبدء في التغذية عند درجة حرارة تكون فيها كفاءتها الغذائية عالية، ويتوفر الغذاء في ذروته. ومن المثير للاهتمام أن النافذة الزمنية للتكاثر تختلف من حيث خط العرض. سيكون للمولد الربيعي الذي يتكاثر بالقرب من 20 درجة مئوية نافذة تفريخ أوسع في خطوط العرض المنخفضة من خطوط العرض العالية، لأن درجة الحرارة تتغير بشكل أبطأ في خطوط العرض المنخفضة وبالتالي، تميل الأسماك في خطوط العرض المنخفضة إلى أن يكون لها فترة تفريخ أطول، حيث قد تفرخ عدة مرات، وبالتالي تخصص المزيد من الطاقة للتكاثر. يتم المبالغة في هذه الظاهرة بسبب سمك القاروص الكبير (largemouth bass) الذي تم إدخاله في خزانات بورتوريكو.
يبدو أن موسم التفريخ الطويل وعمليات التفريخ المتعددة المرتبطة به تحد من نمو الأسماك بمجرد وصولها إلى سن الإنجاب. وقد يؤدي جهد التفريخ الممتد على مدى فترة تفريخ أطول إلى: زيادة الطلب على الطاقة وتقليل فرصة الحصول عليها، والحد من قدرة النمو، وتقليل قدرة الأسماك في الحفاظ على صحتها ومناعتها، وقد يساهم في نفوقها المتسارع وتسريع هلاكها.
تدرج خط العرض للمجتمعات السمكية والاختلافات العرضية في خصائص الشتاء واستراتيجيات الأسماك للتعامل مع الآثار المباشرة وغير المباشرة لفصل الشتاء ساهمت مجتمعة في تطوير تدرج عرضي لمجتمعات الأسماك ذات التحمل الشتوي المتنوع (Magnuson et al. 1979)
تصبح أسماك المياه الدافئة بطيئة في الشتاء وتتوقف عن التغذية عند 5-10 درجات مئوية أو تتغذى فقط لتلبية احتياجات الحياة الأساسية. وتتمتع أسماك المياه الباردة بتفضيلات متوسطة تتراوح في درجات الحرارة تتراوح من 18 إلى 25 درجة مئوية، ولها توزيع عرضي متوسط، وتشمل عائلات مثل [Esocidae] (الحراب) و [Percidae] (العلياء). ينتج عن هذا التنوع في التحمل الشتوي تدرجات في مجتمعات الأسماك التي لا تتغير فقط عرضيا، ولكن أيضا موسميا ورأسيا. موسميا، تكون أنواع المياه الباردة أكثر نشاطا في فصل الشتاء. في الواقع، مياه الشتاء تسمح درجة حرارة أسماك المياه الباردة بتوسيع نطاقها والمغامرة في الموائل التي تهيمن عليها أسماك المياه الدافئة في الصيف.
عموديا، تبحث اسماك المياه الباردة عن المياه العميقة في الصيف ويمكنها تحمل المياه الباردة والضحلة في الشتاء، بينما تبحث اسماك المياه الدافئة عن مياه عميقة أكثر دفئا في الشتاء وتتجنب المياه العميقة الباردة في الصيف. من المتوقع أن يتغير هذا التأقلم في معيشة الأسماك، إذ من المرجح أن يتسبب تغير المناخ المتوقع لفصول شتاء أكثر دفئا وأقصر مدة، وتقليل نقص الأكسجة في فصل الشتاء في خطوط العرض العليا، وانخفاض مستويات الأكسجين المذاب في خطوط العرض المنخفضة، وتعطيل تكيفات إدارة الطاقة الشتوية التي طورتها الأسماك على مدى آلاف السنين.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://www.nalms.org/wp-content/uploads/LakeLine/34-4/Articles/34-4-8.pdf
