تشير محاكيات نظام الأرض إلى أن محيطات البروتيروزويك كانت أكثر خُضرة لكن أقل إنتاجية

عندما تألق المحيط القديم باللون الأخضر

تخيل النظر إلى الأرض من الفضاء قبل أكثر من مليار سنة ورؤية محيطات لم تكن زرقاء داكنة، بل خضراء زاهية. تستخدم هذه الدراسة نموذج مناخ ومحيط متقدّم لسؤال يبدو بسيطاً: إذا كانت البحار البدائية مليئة بالكائنات النباتية المجهرية تقريبا دون حيوانات تأكلها، فكيف كان ذلك سيغير لون وحيوية محيطات الكوكب؟ الإجابة تعيد تشكيل رؤيتنا لماضي الأرض والظروف التي مهدت لظهور الحياة الحيوانية.

عالم قبل حيوانات المحيط

الفترة التي يستكشفها البحث هي الحقبة البروتيروزويكية، الممتدة تقريباً من 2.5 مليار إلى 540 مليون سنة مضت. خلال هذه الحقبة، سيطرت كائنات دقيقة ضوئية—شبيهة بالسيانوبكتيريا والطحالب الصغيرة اليوم—على البحار، بينما لم تظهر بعد الكائنات الشبيهة بالحيوانات مثل العوالق الحيوانية. تشير دلائل جيولوجية إلى أن إنتاجية المحيط، أي المعدل الذي تحول به هذه الميكروبات ضوء الشمس والمغذيات إلى مادة عضوية، كان أقل منه اليوم لكنه لم يكن ضئيلاً تماماً. ومع ذلك ظلت تقديرات كمية الكتلة الحيوية المنتَجة وكيفية توزيعها في عمود المياه غير مؤكدة بدرجة كبيرة. يعالج المؤلفون هذه الثغرة بمحاكاة كاملة لنظام الأرض تربط الغلاف الجوي ودوران المحيط والجليد البحري وكيمياء البحر، ثم يضبطونها لتعكس القارات القديمة وضوء الشمس الأضعف ومستويات الأكسجين المنخفضة.

بحار أكثر خضرة من السطح إلى الأعلى

في عالمهم الافتراضي البروتيروزويكي، يستبعد الباحثون الدياتومات والعوالق الحيوانية—مجموعات لم تتطور بعد—ويتيحون فقط للعوالق النباتية الصغيرة والميكروبات المثبتة للنيتروجين أن تنمو. تحت مجموعة من ظروف المغذيات الواقعية، يُنتج النموذج باستمرار كتلة حيوية نباتية أعلى بكثير بالقرب من السطح مقارنة بالمحيط الحديث. متوسط الكلوروفيل عالمياً في أعلى 150 متراً أعلى بنحو 1.5 إلى 2.5 مرة، وفي الطبقات السطحية جداً يمكن أن يتجاوز القيم المعاصرة بترتيب كبير عبر معظم المحيطات منخفضة الخطوط العرضية. وبما أنه لا وجود لمدرّيات تقتطع هذه الازهار الضوئية، يصبح المحيط السطحي مكتظاً بالنباتات المجهرية، مما يحول البحار المحاكاة إلى لون أخضر عميق ودائم في كل مكان خالٍ من الجليد ودافئ بما يكفي.

لماذا قد تعني مزيد من النباتات نموّاً أقل

بشكل مخالف للحدس، لا يترجم هذا السطح الأخضر الخصيب إلى محيط أكثر إنتاجية بشكل عام. يبيّن النموذج أن الإنتاجية الأولية العالمية الكلية في محيط البروتيروزويك كانت حوالي 60 بالمئة فقط من القيم الحديثة في الفترات الدافئة وحوالي 30 بالمئة خلال حالات أبرد واسعة الجليد. السبب الأساسي هو الضوء. عندما يتراكم الكثير من الكلوروفيل بالقرب من السطح، يعمل كستارة شمسية، ممتصاً ضوء الشمس قبل أن يصل إلى طبقات أعمق حيث يمكن أن تحدث عملية التمثيل الضوئي. تتقلص الطبقة المضيئة، أو الطبقة الفوتية، من حوالى 80 متراً في المتوسط اليوم إلى نحو 30–40 متراً في المحيط البروتيروزويكي المحاكى. هذا «التظليل الذاتي» يعني أنه رغم أن المياه السطحية تعج بالحياة، فإن المياه المظلمة أدناه تسهم بأقل بكثير في الإنتاجية العالمية. كما أن المستويات المنخفضة من النترات في ظل غلاف جوي منخفض الأكسجين وغياب منتجين فعّالين مثل الدياتومات تقيد كذلك إجمالي إنتاج المادة العضوية.

دلائل من الازدهارات الحديثة واختبارات النموذج

تدعم النظائر الحديثة هذه الصورة. اليوم، تشهد المناطق الساحلية والبحيرات المسمّدة بكثافة أحياناً ازدهارات طحلبية شديدة تحول الماء إلى اللون الأخضر وتقلل فعلياً نمو النباتات تحت السطح، بالضبط لأن الضوء يُستنزف في الأمتار العلوية القليلة. تُظهر تجارب إزالة المفترسات من شبكات الغذاء أن العوالق النباتية يمكن أن تتفجّر في الوفرة، مما يؤدي مجدداً إلى تظليل المجتمعات الأعمق. كما اختبر المؤلفون محاكياتهم بشدة عن طريق تغيير مكونات رئيسية مثل الخلط العمودي، وشدة ضوء الشمس، وإمدادات المغذيات من النيتروجين والفوسفور والحديد. على مدى نطاق واسع وجيولوجياً معقول، استمر النمط نفسه: في غياب الرعاة الشديدين، يصبح سطح المحيط القديم أكثر خضرة بينما تميل الإنتاجية الكلية إلى البقاء أقل أو على الأكثر مماثلة لليوم—إلا إذا كانت مستويات الفوسفور مرتفعة للغاية أو منخفضة للغاية.

ما يعنيه هذا لصعود الحيوانات

بالنسبة لغير المختصين، الرسالة الأساسية هي أن محيطات الأرض المبكرة ربما بدت أكثر حياة من الأعلى بينما كانت في الواقع تعمل بميزانية طاقة أضيق على النطاق الكلي. شكّل غطاء كثيف من النباتات المجهرية بشرةً مضيئة للمحيط، محدداً العمق الذي يمكن أن يعمل فيه التمثيل الضوئي. وبالاشتراك مع قلة المغذيات وغياب المنتجين عاليي الأداء مثل الدياتومات، أبقى ذلك الإنتاجية العالمية أقل من مستويات الحاضر. ومع ذلك، فإن مجتمعات العوالق النباتية المزدهرة قرب السطح التي توحي بها المحاكيات تتوافق مع دلائل أحفورية على وجود حياة جوهرية في بحار البروتيروزويك. من المرجح أن هذه المحيطات الخضراء لكنها نسبياً منخفضة الطاقة شكّلت الخلفية البيئية التي ارتفع فيها الأكسجين تدريجياً وظهرت في نهايتها الحياة الحيوانية.

الاستشهاد: Liu, P., Liu, Y., Dong, L. et al. Earth system simulations suggest that the Proterozoic ocean was greener but less productive. Nat Commun 17, 2854 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69654-z

الكلمات المفتاحية: محيط البروتيروزويك, العوالق النباتية, الإنتاجية الأولية, تظليل ذاتي, نمذجة نظام الأرض