نظم التربة البيئية تتغير مع مرور الوقت

الشكل 1: عزل اللافقاريات التربة للدراسة. فخ قياسي من نوع تولغرين أو بيرليز، سمي على اسم مكتشفيه. يتم وضع التربة في الجزء العلوي من الفخ، الذي يتم تثبيته بواسطة طبقة من الشبك. تسخن مصباح كهربائي التربة وتجففها، مما يجبر الكائنات الحية الموجودة في التربة على النزول. عندما تسقط من العينة، فإنها تسقط في حاوية تجميع، عادةً ما تكون مملوءة بمادة تحافظ عليها حية. يمكن بعد ذلك دراسة الكائنات الحية.

الشكل 2: الهجرة العمودية ليرقات الخنافس، حسب عمق التربة والموسم. في الصيف، تكون اليرقات متساوية الوفرة على السطح وفي المستويات العميقة من التربة، لكن في الشتاء تكون أكثر وفرة بكثير على السطح، حيث يمكنها التغذي على الأوراق المتساقطة وعدم التعرض للأضرار الناجمة عن الظروف الحارة والجافة السائدة في الصيف.

الشكل 3: تتغير النظم البيئية وتنمو بمرور الوقت. في الخمسينيات (الأعلى)، كانت هناك مجتمعات أكثر وفرة وغنى من الأوروباتيد في الغابة مقارنة بالمزارع. بعد التخلي عن الزراعة (الوسط)، وصلت الأفراد من بعض الأنواع الموجودة في الغابة إلى المزارع المتصلة بشكل رئيسي من خلال الانتشار السلبي (الأسهم). وأخيرًا، أدى اختفاء بعض الأنواع (السهم المتقطع)، التي كانت بحاجة على الأرجح إلى تربة أكثر تطورًا، إلى خلق الفروقات الحالية بين الأنواع الثلاثة من الغابات (الأسفل).

Hinweis für die Medien: Die von iDiv bereitgestellten Bilder dürfen ausschließlich für die Berichterstattung im Zusammenhang mit dieser Medienmitteilung und unter Angabe des/der Urhebers/in verwendet werden.

Open PDF in new window.

Enrique Doblas-Miranda^1,*
1CREAF, Bellaterra (Cerdanyola del Vallès), Barcelona, Spain

جميع الحيوانات التي تعيش تحت أقدامنا ليست ثابتة. يمكنها التحرك (إلى أماكن عديدة لأن التربة عبارة عن فضاء ثلاثي الأبعاد) والتغير (على سبيل المثال، من شرنقة إلى حالة نشطة). وبالتالي، قد لا تحتوي نفس التربة الموجودة تحت قطعة معينة من الأرض على نفس المجتمعات الحية في فصل الشتاء كما هو الحال في الصيف، أو حتى خلال يوم مشمس مقارنةً بليلة باردة. على سبيل المثال، أظهرت الأبحاث حول يرقات خنافس التربة تحركات مودية موسمية، حيث كانت اليرقات تبحث عن ظروف معيشية أفضل.
علاوة على ذلك، تتغير التربة كثيرًا خلال تكوينها، وبناءً عليه، تتغير سكانها أيضًا. في حالة الأورباتيد، وهي مجموعة صغيرة ولكنها متنوعة من عث التربة، لاحظ العلماء تغيرات في المجتمع على مدار عشرات إلى مئات السنين! أظهرت العديد من الدراسات مبدأً أساسيًا ولكنه قوي: النظم البيئية ليست صورًا ثابتة، بل هي بيئات تتغير باستمرار.

النظم البيئية ليست صورًا ثابتة

 عندما نتخيل تنوع النظم البيئية، غالبًا ما نتخيلها ككيانات مستقرة وغير متغيرة في الغالب، مثل الصور في كتاب، حيث توجد جميع النباتات والحيوانات في حالة تجمد من التوازن. في أذهاننا (وفي العديد من صور الكتب)، تكون النباتات متاحة بسهولة للعواشب لتأكلها، وتنتظر العواشب لتؤكل من قبل اللاحمات، كل ذلك تحت ضوء النهار الرائع. لكن الحقيقة ليست كذلك! تتحرك معظم الحيوانات في النظام البيئي خلال النهار، وبعضها يظهر فقط في الليل. تنتج النباتات أجزاء صالحة للأكل مختلفة حسب الموسم. يمكن أن يتغير النظام البيئي بالكامل بسبب الكوارث مثل حرائق الغابات. ناهيك عن أننا نادرًا ما نتخيل التنوع الذي يحدث في التربة تحت أقدامنا.

كيف يعمل التغيير تحت أقدامنا

بالطبع، تتغير تنوع التربة أيضًا مع مرور الوقت، رغم أن التغييرات لا تحدث بالضرورة بنفس الطريقة التي تحدث بها التغييرات فوق الأرض. أولاً، الحركة بالتأكيد أكثر صعوبة في التربة. يجب على الديدان الأرضية، ويرقة الحشرات، وجرذان الأرض (وأيضًا الخلد، لكننا سنركز على اللافقاريات الصغيرة) والعديد من المخلوقات الصغيرة الأخرى أن تحفر بفمها أو مخالبها أو أرجلها. تتحرك الكائنات الأصغر في جميع أنحاء التربة بشكل رئيسي باستخدام فراغات صغيرة مملوءة بالهواء تسمى مسام التربة.

لا تقتصر سكان التربة على الحركات الأفقية النموذجية للحيوانات السطحية. يمكن أن تتحرك اللافقاريات التربوية أيضًا لأعلى ولأسفل تحت نفس مساحة السطح، وهو ما يسمى الهجرة الرأسية. يمكن أن تحدث الهجرات الرأسية خلال يوم واحد أو عبر الفصول. تعتبر الديدان الصغيرة جدًا (Enchytraeids) واحدة من أنواع الحيوانات التربوية القليلة التي لوحظ أنها تهاجر خلال النهار. تتحرك هذه الديدان إلى أعماق التربة للهروب من الظروف الجافة على السطح في منتصف النهار وتعود من الأعماق في المساء، عندما تعود الظروف الرطبة المفضلة لها. تعتبر هذه الهجرة أساس واحدة من أكثر الطرق المستخدمة لدراسة ميكروبيات الترب. تتكون هذه الطريقة من تجفيف عينة من التربة في قمع مع مصباح ضوئي في الأعلى، بحيث "تهرب" الكائنات عن طريق السقوط إلى حاوية تجميع في الأسفل (الشكل 1).

يمكن أن توجد العديد من اللافقاريات التربوية في أشكال مقاومة تسمح لها بالعيش في ظروف قاسية لفترة طويلة. تُعد اللآلئ الأرضية، وهي حشرات صغيرة ومستديرة ومثيرة للاهتمام، مثالًا مثاليًا. يمكنها إفراز غلاف لؤلؤي حول نفسها، مما يشكل كيسًا كرويًا أو مرحلة "راحة" يمكن أن تبقى فيها لعقود! ولكن عندما تتوفر الجذور اللذيذة، تتطور الكيسات وتصبح بالغين نهمين. إذا كانت الظروف جيدة حقًا، يمكن أن تقوم العديد من أنواع اللآلئ الأرضية بالتكاثر اللاجنسي للاستفادة قدر الإمكان من الظروف المواتية. قد لا يرى مزارع الكروم المحظوظ اللآلئ الأرضية الصغيرة في عام واحد، لكنه سيجد محاصيله مصابة بالبالغين في العام التالي.

على سطح التربة، يمكن أن يتم نقل العديد من الحيوانات الصغيرة بواسطة الرياح والمياه وحتى بواسطة حيوانات أخرى. تنتقل بعض الكائنات الحية السطحية بهذه الطريقة أيضًا، لكن ما يُسمى بالانتشار السلبي لللافقاريات التربوية قد نال اهتمامًا كبيرًا من الباحثين مؤخرًا، حيث يمكن أن يفسر تحركات الكائنات التربوية عبر مسافات كبيرة.

التغييرات الموسمية

خلال سنواتي الأولى كباحث، لم تكن حركات الكائنات التربوية مفهومة كما هي اليوم، وكانت كل اكتشافات مثيرة، بما في ذلك اكتشاف أن بعض يرقات الحشرات الحية في التربة تقوم بهجرات رأسية موسمية!

تم أخذ عينات من التربة في مواقع متعددة كل شهر لمدة عامين في منطقة شجيرات صحراوية في جنوب إسبانيا. تم جمع عينات التربة من أعماق مختلفة، من الحطام السطحي وصولًا إلى عمق 50 سم. بالنسبة لكل عينة، تم عد وتحديد جميع اللافقاريات الكبيرة. بعد تحليل جميع العينات، من كل موسم وعمق للتربة، وجد العلماء أن يرقة لعائلة الخنافس المعروفة باسم Tenebrionidae، التي تأكل الحطام العضوي، قامت بنفس الحركة كل عام. كانت أكثر وفرة في سطح التربة في الشتاء مقارنة بالصيف (الشكل 2).

في المنطقة المدروسة، تكون درجات حرارة الصيف مرتفعة جدًا وجافة. ومع ذلك، فإن الطبق المفضل لعائلة Tenebrionidae، وهو الحطام السطحي، يوجد في "مطاعم" التربة السطحية المكشوفة، مثل الشجيرات وتلال النمل. لذلك، تفضل larva هذه الخنافس تناول الحطام السطحي خلال الطقس المعتدل في الشتاء، لكنها تستمتع بمطاعم أخرى أعمق، مثل الجذور المتعفنة، في الصيف. عندما تقوم larva بهذه الهجرة الرأسية، فإنها تؤدي أيضًا خدمة عظيمة للنظام البيئي بأسره. مثل الديدان الأرضية في النظم البيئية الأكثر رطوبة، تقوم هذه larva القوية بتحريك التربة في البيئات الجافة، بحيث يتم خلط الهواء والماء والمواد العضوية في التربة، مما يعود بالفائدة الكبيرة على صحة التربة.

يمكن أن تنمو النظم البيئية... وحتى تَهرم!

التغيرات في الظروف الجوية وتوافر الغذاء ليست الميزات الوحيدة المتغيرة في النظم البيئية. في الواقع، يمكن أن يتغير نظام بيئي كامل خلال عملية تُسمى خلافة النظام البيئي. درس العلماء كيف يتغير تنوع الحيوانات التربوية خلال خلافة النظام البيئي، مع التركيز على مجموعة من العث التربوي تُسمى سوس او العث أوريباتيد. يعتبر أوريباتيد صغيرًا، وفيرًا، ومتنوعًا، مما يعني أنه يمكنك العثور على مجتمع كامل منهم في عينة صغيرة من التربة. هناك أيضًا العديد من الموارد المتاحة للمساعدة في تحديد أنواع أوريباتيد المختلفة، لذا فإنها تعتبر كائنًا مثاليًا للمراقبة لدراسة التغيرات في تنوع النظام البيئي التربوي. أيضًا، تعتبر حركة أوريباتيد محدودة نسبيًا، حيث توجد في التربة العميقة ومقيدة بالحركة عبر مسام التربة، ويمكنها أحيانًا التحرك عن طريق الانتشار السلبي. لذلك، تتطور مجتمعات أوريباتيد بشكل رئيسي من خلال عملية خلافة النظام البيئي.

في دراسة حديثة، قام العلماء بتنفيذ دراسة في تسلسل زمني للغابات التي تعيد النمو بعد التخلي عن الأراضي الزراعية. كانوا يريدون معرفة ما إذا كانت الغابات المتشابهة من أعمار مختلفة تحتوي على نفس المجتمعات التربوية. افترض العلماء أن الأراضي الزراعية ربما تحتوي على عدد قليل من أنواع أوريباتيد بكثافات منخفضة، ولكن من المحتمل أن تتطور مجتمعات معقدة ذات تنوع عالٍ في الغابات الأقدم. من خلال مقارنة الصور الجوية الحالية مع صور أخرى من الخمسينيات، حدد العلماء المناطق التي كانت غابات في الخمسينيات (الغابات طويلة الأمد)، وأيها كانت أراضي زراعية (غابات حديثة). بين الغابات الحديثة، ميزنا أيضًا بين الغابات المعزولة (المحاطة في الغالب بالأراضي الزراعية ومن المحتمل أن تُظهر مجتمعات أوريباتيد مشابهة لتلك الموجودة في الأراضي الزراعية( وتلك المتصلة بغابات أخرى (من المحتمل أن تحتوي على مجتمعات أوريباتيد مشابهة لتلك الموجودة في الغابات القديمة).

لاحظ العلماء نتيجتين مهمتين. أولاً، أظهرت الغابات طويلة الأمد والغابات الحديثة المتصلة أعدادًا مشابهة من أوريباتيد وأعدادًا مشابهة من الأنواع، والتي كانت أعلى مما لوحظ في الغابات المعزولة. ثانيًا، شاركت مجتمعات oribatid في الغابات الحديثة المعزولة والمتصلة المزيد من الأنواع مقارنة بتلك الموجودة في الغابات طويلة الأمد (الشكل 3، الأسفل). من المحتمل أن تصل أوريباتيد بشكل رئيسي من خلال الانتشار السلبي في وقت مبكر من تطوير النظام البيئي. هذا هو السبب على الأرجح في أن الغابات الحديثة المتصلة بالغابات طويلة الأمد تُقيم بسرعة مجتمعات أوريباتيد مشابهة لتلك الموجودة في الغابات طويلة الأمد. ولكن مع استمرار تطور النظام البيئي للغابة الحديثة، قد يمنع نقص توفر الملجأ والوصول إلى الغذاء بعض أنواع أوريباتيد من الاستقرار بشكل دائم هناك. قد يفسر هذا لماذا تكون مجتمعات أوريباتيد في الغابات الحديثة والمتصلة أكثر تشابهًا مع تلك الموجودة في الغابات المعزولة وبالتالي مع تلك الموجودة في الأراضي الزراعية (الشكل 3).

لا تنمو النظم البيئية فقط، ولكن يمكن أن "تَهرم" أيضًا إذا لم تحدث اضطرابات كبيرة، مثل الحرائق. درس العلماء شيخوخة النظام البيئي في الغابات الكندية الشمالية. أخذوا عينات من أوريباتيد في تسلسل زمني بناءً على الوقت منذ آخر حريق غابة، والذي تم تقديره من خرائط عمرها 100 عام، وحلقات الأشجار من أشجار يصل عمرها إلى 200 عام، والتأريخ الكيميائي للتربة العميقة، التي تصل إلى 700 عام! على الرغم من أن وفرة أوريباتيد قد انخفضت بشكل كبير خلال الـ 200 عام الأولى من تطور الغابة بعد آخر حريق، لم يتأثر عدد الأنواع المختلفة حقًا حتى المراحل اللاحقة من شيخوخة الغابة. وهذا يعني أن الانخفاض التدريجي في العناصر الغذائية مثل الفوسفور والنيتروجين لم يستطع الحفاظ على تجمعات وفيرة، ولا حتى على التجمعات الكاملة لبعض الأنواع في وقت لاحق. كما درس العلماء عينات التربة تحت جذوع الأشجار والتربة المكشوفة ووجدوا أن أوريباتيد تحت الجذوع كانت أقل وفرة من تلك التي تعيش في التربة المكشوفة، على الرغم من أنها حافظت على استقرار تجمعاتها. قاد ذلك العلماء إلى استنتاج أن أوريباتيد التي تعيش على التربة المكشوفة تأثرت أكثر بالشيخوخة، ربما بسبب انخفاض توافر أوراق الشجر مع تقدم الغابة في السن.

النظم البيئية مثل الأفلام الثمينة

آمل أنه الآن، عندما تتخيل تنوع النظام البيئي في الغابة، لديك أكثر من مجرد صورة ثابتة في ذهنك، حيث تتغير جميع هذه الكائنات الحية وتتحرك، تظهر وتختفي... وآمل أيضًا أن تتخيل الكائنات التي تعيش في التربة تحت أقدامنا! النظم البيئية، كقصص حية، ليست ثابتة بل هي ديناميكية للغاية مع مرور الوقت. الكائنات الصغيرة والمتنوعة التي تعيش في التربة تتغير مع النظم البيئية، مستخدمةً العديد من الاستراتيجيات المختلفة والمدهشة. الكائنات الحية في التربة مهمة بشكل خاص للنظام البيئي، حيث تحافظ على صحة التربة وتعد جزءًا حيويًا من إعادة تدوير الأوراق والجذور الميتة، وهي عملية تساعد فعليًا في تقليل الاحتباس الحراري وتساهم في صحة كوكبنا بأسره.

المصطلحات

تنوع التربة
التنوع الكلي للكائنات الحية التي تعيش في التربة.

اللافقاريات
الحيوانات التي لا تحتوي على عظام. في التربة، تعني هذه في الغالب الديدان والمفصليات (مثل الديدان الألفية، وديدان الخشب، والحشرات، والعناكب…).

مسام التربة
فراغات صغيرة جدًا (<0.075) مم في الهيكل الصلب للتربة، تُملأ في الغالب بالهواء والماء.

الهجرة العمودية
الهجرة العمودية هي سمة نموذجية للبيئات التربوية والمائية، حيث لا يقتصر الكائنات المتحركة على التحرك على سطح (أفقي). مثل أي هجرة أخرى، يتم توجيهها عادةً للبحث عن الموارد أو الظروف البيئية الأفضل.

الانتشار السلبي
يمكن للكائنات المتحركة أن تتحرك بنشاط (باستخدام أرجلها أو زوائدها للانتقال عبر الإقليم) أو تترك نفسها "تجري مع التيار" (الماء، الرياح، أو حتى الحيوانات الأخرى)، وهو ما يسمى بالحركة أو الانتشار السلبي.

الميكروبيوم التربوي
سكان التربة الأصغر من 2 مم، مثل القفازات، والعث، والديدان الصغيرة.

خلافة النظام البيئي
العملية التي تُولد بها النظم البيئية وتكبر بعد إنشاء أسطح جديدة، مثل جزيرة مرجانية جديدة أو التربة التي تظهر بعد ذوبان الأنهار الجليدية، أو كيفية "إعادة نمو" النظم البيئية بعد الاضطرابات مثل حرائق الغابات.

التسلسل الزمني
مجموعة من النظم البيئية التي تمت دراستها في نفس الوقت، والتي تتشابه في الأصل وأنواع النباتات والمنطقة الجغرافية، ولكنها تختلف في الأعمار. دراسة النظم البيئية في تسلسل زمني ضرورية لأننا لا نستطيع الانتظار لعقود لأخذ عينات من نظام بيئي واحد على مدار تطويره.

المراجع

[1] Nielsen, U. (Ed.). 2019. “Soil and its fauna,” in Soil Fauna Assemblages: Global to Local Scales (Cambridge: Cambridge University Press). p. 1–41. doi: 10.1017/9781108123518.002

[2] Orgiazzi, A., Bardgett, R. D., Barrios, E., Behan-Pelletier, V., Briones, M. J. I., Chotte, J. L. et al. (Eds.). 2016. Global Soil Biodiversity Atlas. Luxembourg: Office des publications de l’Union européenne.

[3] Doblas-Miranda, E., Sánchez-Piñero, F., and González-Megías, A. 2009. Vertical distribution of soil macrofauna in an arid ecosystem: are litter and belowground compartmentalized habitats? Pedobiologia 52:361–73. doi: 10.1016/j.pedobi.2008.11.006

[4] Doblas-Miranda, E., and Work, T. T. 2015. Localized effects of coarse woody material on soil oribatid communities diminish over 700 years of stand development in black-spruce-feathermoss forests. Forests 6:914–28. doi: 10.3390/f6040914

تم تحريره بواسطة: هيلين فيليبس

الموجهون في العلوم: هانا سيمبا

الاستشهاد

Doblas-Miranda E (2021) Soil Ecosystems Change With Time. Front. Young Minds. 9:543498. doi: 10.3389/frym.2021.543498

تنازع المصالح: يعلن المؤلف أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن أن تُفهم على أنها تعارض محتمل في المصالح.

حقوق الطبع والنشر © 2021 دوبلّاس-ميرندا: هذه مقالة مفتوحة الوصول مُوزعة بموجب شروط رخصة المشاع الإبداعي للاستخدام والإسناد (CC BY). يُسمح بالاستخدام والتوزيع أو النسخ في منتديات أخرى، بشرط الإشارة إلى المؤلفين الأصليين ومالكي حقوق الطبع والنشر، وأن يتم الاستشهاد بالنشر الأصلي في هذه المجلة، وفقًا للممارسات الأكاديمية المقبولة. لا يُسمح بأي استخدام أو توزيع أو نسخ لا يتوافق مع هذه الشروط.

المراجعين الشباب

روتيندو
العمر: 14
وُلدت في زيمبابوي ولدي أخوان وأخت واحدة. أحب الرياضيات، وقراءة الكتب، والاستماع إلى الموسيقى. عندما أكبر، أريد أن أكون إما طبيبًا، أو عالمًا، أو عالم نفس، أو عالم آثار.

نوكوتندا
العمر: 14
هواياتي في الغالب هي الطهي والرسم (الأنمي في معظم الأحيان). أطمح لأن أكون طاهية عندما أكبر. أحب الفنون الإبداعية. في وقت فراغي، أحب رسم ما يعبر عنه ذهني. وفي أحيان أخرى، أحاول إيجاد الوقت لقراءة رواية خيالية.

المؤلفون

إنريكي دوبلّاس-ميرندا
إنريكي حاصل على درجة الدكتوراه في البيولوجيا وهو باحث في CREAF. يهتم أيضًا بالتعاون الدولي وكان رئيس مشروع يورو-متوسطي يسمى MENFRI، حيث أسس منظمة تخلق شراكات للتغلب على التحديات المعقدة للتنمية والبيئة. لقد ساهم إنريكي في الأبحاث حول مرونة المناظر الطبيعية وإدارتها في مواجهة التغيرات العالمية، كما أنه يستمر في خط بحثه الرئيسي حول التغيرات في تنوع النظم البيئية مع مرور الوقت. باستخدام عدة مجتمعات من اللافقاريات التربوية، درس إنريكي ديناميكيات الغابات والأراضي الزراعية في إسبانيا ونيوزيلندا وكندا. e.doblas@creaf.uab.cat

المترجم

رغد س محمد
رغد س محمد باحثة مهتمة بالتنوع الحيوي في العراق وتأثيرات التغير المناخي على هذا التنوع. في العراق، التغيرات المناخية مثل ارتفاع درجات الحرارة، نقص الموارد المائية، وزيادة التصحر تؤثر سلبًا على التنوع البيولوجي، مهددة بذلك العديد من الأنواع النباتية والحيوانية. الحفاظ على التنوع الحيوي في العراق يتطلب استراتيجيات مستدامة للتكيف مع التغيرات المناخية وضمان استدامة الموارد البيئية للأجيال القادمة.

التمويل (ترجمة)

تُعرب فريق "ترجمة تنوع التربة" عن شكرها لمركز الأبحاث الألماني لتنوع البيولوجيا المتكامل (iDiv) هاله-ينا-لايبزيغ، الذي تم تمويله من قبل المؤسسة الألمانية للبحث العلمي (DFG FZT 118، 202548816).

الاستشهاد

هذه مقالة مفتوحة الوصول موزعة بموجب رخصة المشاع الإبداعي (CC-BY 4.0). يُسمح باستخدامها أو توزيعها أو إعادة إنتاجها في منتديات أخرى، بشرط الإشارة إلى المؤلف(ين) الأصلي(ين) ومالك(ي) حقوق النشر، والاستشهاد بالنشر الأصلي في هذه المجلة وفقًا للممارسات الأكاديمية المعتمدة. لا يُسمح بأي استخدام أو توزيع أو إعادة إنتاج لا يمتثل لهذه الشروط.

تنسيق الاستشهاد الموصى به : Doblas-Miranda E (2025) Soil Ecosystems Change With Time..الترجمة العربية: رغد س. محمد. (ترجمة التنوع الحيوي للتربة  & Front. Young Minds. نُشر لأول مرة في عام 2021، Originally published in 2021. doi: 9:543498. 10.3389/frym.2021.543498