معلومة

هل هناك مشاكل متأصلة في محاكاة البيئات البحرية مقارنة بالأنظمة الأرضية؟

هل هناك مشاكل متأصلة في محاكاة البيئات البحرية مقارنة بالأنظمة الأرضية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

نزرع عددًا من الكائنات الأرضية في البيوت البلاستيكية والإسطبلات حيث تعيش في بيئات اصطناعية تمامًا. يبدو أن هذا يمتد أقل بكثير إلى الكائنات البحرية ، مثل الأسماك. يبدو أن أحواض السمك (خاصة أنواع المياه المالحة) غير مستقرة تمامًا وتتطلب الكثير من الصيانة ، ويتم إنشاء منشآت على نطاق تجاري ، مثل مزارع السلمون ، في المحيط ، وليس في خزان منفصل.

هل هناك صعوبات متأصلة في استزراع الكائنات البحرية ، أم أن الجنس البشري لم يحاول بنفس القدر من الجهد مع الأنواع البرية؟


ربما يعتمد ذلك على نوع الكائن البحري الذي تشير إليه ، سيكون بعضها أكثر صلابة من البعض الآخر ولن يكون البعض قادرًا على التكيف مع التغيير على الإطلاق. نظرًا للنطاق الواسع للبيئة التي تأتي منها الأسماك البحرية ، فمن المحتمل أن الظروف التي تعيش فيها في بيئتها الطبيعية لا تخضع لتغيرات جذرية في كيمياء المياه أو درجة حرارتها [1] [2]. لذا فإن إعادة إنشاء تلك الظروف الدقيقة لهم في موائل من صنع الإنسان ، ناهيك عن الحفاظ عليها سيكون أمرًا صعبًا للغاية. أيضًا ، إذا فكرت في الظروف التي يتعين على معظم الحيوانات والنباتات البرية التعامل معها (سيكون هناك بعض الاستثناءات) على أساس يومي ، فيجب أن تكون قادرة على التعامل مع بعض التقلبات في الرطوبة ودرجة الحرارة والطقس ، الضوء وما إلى ذلك ، وبالتالي فهي قابلة للتكيف بدرجة كبيرة حسب الضرورة.

يمكن أن تكون هناك مشكلات أخرى تتمثل في توفير الخلاصة الصحيحة. في الأماكن الصناعية ، قد يكون الطعام بديلاً غير طبيعي ومن المحتمل أن يتسبب ذلك في مشاكل للأنواع التي تتطلب نظامًا غذائيًا عالي التخصص. الحيوانات البرية التي نميل إلى زراعتها على نطاق واسع هي آكلة اللحوم / العاشبة والتي ليس من الصعب تلبيتها. من ناحية أخرى ، فإن سمكة البحر التي تتطلب نوعًا آخر معينًا من الأسماك الموجودة فقط في منطقة معينة والتي تحتاج إلى ظروف محددة للغاية لتزدهر ستكون مشكلة.

تحقق من هذه المقالة http://www.vliz.be/imisdocs/publications/301.pdf ، قد تكون خاصة بسمكة معينة ولكنها تسلط الضوء على بعض المشكلات العامة التي أعتقد أنك تشير إليها.

[1] http://www.bestfish.com/saltg.html [2] http://www.aquaticcommunity.com/marineaquarium/ (كلاهما مقالتان عامتان عن حفظ الأسماك البحرية)

أتمنى أن يساعدك هذا!


تزرع أعداد كبيرة من الحيوانات البحرية في أحواض كبيرة. إنها بشكل عام ليست واضحة مثل المزارع وحيوانات المزرعة وغالبًا ما تقع في مناطق يصعب الوصول إليها حول مصبات الأنهار أو بالقرب من الموانئ. هناك أيضًا عدد من المجلات المتخصصة التي تركز على تربية الأحياء المائية مثل مجلة الاستزراع المائي. بالإضافة إلى استزراعها في الأحياء المائية ، يتم أيضًا استزراع أعداد كبيرة من الحيوانات في أماكن أكثر طبيعية مثل السلمون الذي ذكرته أو الجمبري في أحواض الجمبري ، والتي تنتشر في بلدان مثل إندونيسيا. تعد الأمراض مشكلة رئيسية في تربية الأحياء المائية ، على الرغم من أن هذا يمكن أن يكون مشكلة أيضًا مع الماشية الأرضية التي يتم تربيتها في كثافات عالية. إذا كنت مهتمًا بالاستزراع المائي البحري ، أقترح عليك تصفح مجلات تربية الأحياء المائية المختلفة للحصول على فكرة عما يحدث.


نعم ، هناك بعض الاختلافات الجوهرية

أنواع مختلفة من المياه التحدي الرئيسي مع أحواض السمك مقارنة بتكاثر الحياة الأرضية ، هو أن الماء يختلف كثيرًا في جميع أنحاء العالم ، في حين أن تكوين الهواء هو نفسه تقريبًا في كل مكان ، سواء فوق الأدغال أو الصحاري أو المحيطات أو حتى المدن. تتطلب أسماك أنهار الأمازون مياه حمضية قليلاً ، مع التانين ولكن القليل من المعادن ، بينما تحتاج الأسماك من البحيرات الأفريقية الكبرى إلى درجة حموضة أعلى ومعادن أكثر ذائبة. نظرًا لأن المياه المالحة تدور حول العناصر الذائبة ويزداد تركيزها عن طريق التبخر ، فإن هذا يصبح أكثر أهمية مع أسماك المياه المالحة ، التي تعمل على الحفاظ على تركيزها الداخلي للأيونات مقابل تركيز المحيط من حولها.

البراز تسقط حيوانات اليابسة فضلاتها على الأرض ، بينما تسبح الأسماك فيها ، "تتنفس" المنتجات الثانوية للتحلل البكتيري للبراز وتعاني حيث تستهلك البكتيريا كل الأكسجين. إن التعامل مع هذا مع الحفاظ على مياه "الأمازون" أو "تانجانيكان" قد أبقى الكثير من علماء الأحياء المائية مشغولين. الحيوانات البرية أبسط بكثير. يقوم الوزغة بإلقاء برازها في قاع القفص وسوف يتنفس بسعادة أي هواء يأتي من نافذتك.

على المقياس المجهري ، يكون الفرق بين الأرض والماء أقل وضوحًا. في الواقع ، من الصعب جدًا تكاثر العديد من الكائنات الدقيقة التي تعيش في التربة في المختبر. لدرجة أن العلماء بدأوا في تسلسل شظايا الحمض النووي من التربة لاكتشاف أنواع جديدة ، ولم يروها أبدًا مقدمًا.


النظم البيئية البحرية

V.A. التخثث

التخثث هو الزيادة في معدل إمداد النظام البيئي بالمواد العضوية. أدت الزيادات في المدخلات العالمية للأسمدة النيتروجينية وتعدين صخور الفوسفات إلى زيادة القلق بشأن تأثيرات التخثث على النظم البيئية البحرية المغلقة (نيكسون ، 1995). تمتلك النظم الإيكولوجية المغذية إنتاجًا من الطحالب يزيد عن 300 جم C م 2 ذ -1 ، مما يؤدي إلى مناطق نقص الأكسجين وفقدان موائل الأسماك والكائنات الأخرى. تعمل المعدلات العالية نسبيًا لنزع النتروجين على الأرفف القارية على إزالة النيتروجين الزائد الناشئ عن مصادر الأرض ، وبالتنسيق مع التخفيف ، تساعد على منع الآثار السلبية لإثراء النتروجين في المناطق الساحلية المفتوحة.


خلفية

تعمل تقنيات جمع البيانات عالية الإنتاجية والحوسبة واسعة النطاق على تحويل فهمنا للنظم البيئية ، مما يجعل الأطر العلمية المتقاربة أولوية بحثية [1]. نظرًا لأن الأنشطة البشرية تؤثر بشكل متزايد على عمليات النظام البيئي ، فإننا بحاجة إلى مناهج جديدة تركز على كيفية تفاعل مجتمعات كاملة من الكائنات الحية مع الناس والبيئة المادية على نطاق المناظر الطبيعية أو مستجمعات المياه [2]. وهذا يتطلب بنية تحتية إلكترونية لعلوم البيانات المكثفة التي تمكن من دمج الفيزياء الحاسوبية والكيمياء والبيولوجيا والبيئة والاقتصاد والعلوم الاجتماعية الأخرى. سيسمح مثل هذا التقدم للباحثين (1) بتوصيف السمات الوظيفية متعددة التخصصات للأنظمة الاجتماعية البيئية (2) تحديد العلاقات بين تلك السمات الوظيفية في ظل الظروف التاريخية والحالية و (3) نمذجة مسارات السلع والخدمات ضمن مجموعة من السيناريوهات التي تحركها السياسات والظروف البيئية المستقبلية. ستعمل المعرفة الناتجة على تحسين قدرتنا على التنبؤ بالتغير البشري والطبيعي على المستويات ذات الصلة بإجراءات الإدارة / الحفظ.

على عكس بعض جوانب تغير المناخ ، فإن العمليات المتعلقة بالتنوع البيولوجي وخدمات النظام الإيكولوجي "تعتمد بشكل نموذجي على المكان ويتم رؤية العديد من التأثيرات على المستويات العالمية الفرعية" [3]. مستوحى من النجاحات في نمذجة الأنظمة المعقدة على مستويات أخرى من التنظيم ، ولا سيما الخلية [4] ، يهدف اتحاد Island Digital Ecosystem Avatars (IDEA) إلى بناء محاكاة حاسوبية ("صور رمزية") على نطاق النظم الاجتماعية والبيئية بأكملها. مع وجود حدود مشتركة تقيد شبكاتهم المادية والبيئية والاجتماعية ، تم التعرف على الجزر منذ فترة طويلة كنظم نموذجية للإيكولوجيا والتطور [5]. تضع جغرافيتهم حدودًا واضحة للأنواع التي سيتم جردها ، وأصحاب الفضاء (الغطاء الأرضي) للقياس ، والكائنات التي يجب عدها ، والسياقات الفيزيائية والكيميائية للتوصيف ، والتفاعلات الطبيعية - البشرية التي يجب مراعاتها. المعرفة والبنية التحتية الإلكترونية التي تم تطويرها للصور الرمزية للجزر ، والجهود التكميلية التي تستهدف المدن الكبرى مثل سنغافورة [6] ونيويورك [7] ، ستتوسع في النهاية لتشمل البلدان والمناطق ، بما في ذلك المياه الساحلية المرتبطة بها. تم بناء تجسيدات الجزيرة من الجينوم إلى أعلى ، وفي نفس الوقت يتم تصغير النماذج الإقليمية لتأسيس شروط حدودية. إنها تتناول العديد من التحديات التي تواجهها بيئة النظم الكبيرة [8] ، والنماذج العامة للنظام الإيكولوجي [9]. في الواقع ، سوف تتلاقى الصورة الرمزية للأرض في النظام العالمي لأنظمة رصد الأرض (GEOSS) [10] وأرض المستقبل [11]. ومع ذلك ، يتجنب نهج IDEA التعقيد الهائل ، وبدلاً من ذلك يركز الجهد على أبسط النظم الاجتماعية والبيئية التي تشمل معظم أنواع البيانات التي تغطيها GEOSS ، والعديد من العمليات الموجودة عالميًا.

Moorea IDEA

تعد جزيرة موريا الصغيرة (134 كم 2) في بولينيزيا الفرنسية في وضع جيد لإجراء دراسة إثبات صحة الفكرة. حوالي 15 كم شمال غرب تاهيتي ويبلغ عدد سكانها

17000 ، ربما تكون موريا هي أفضل جزيرة درس في العالم [12] بفضل عدة عقود من النشاط في محطتي أبحاث (CNRS-EPHE CRIOBE [13] ، ومحطة بيركلي جامب بجامعة كاليفورنيا (UC) [14]) ، والتي تضم على التوالي مركز التميز الفرنسي لأبحاث الشعاب المرجانية (LabEx CORAIL [15]) ، وموقع الشعاب المرجانية الوحيد للبحوث البيئية طويلة الأجل التابع لمؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (MCR LTER) [16] ، والذي تديره جامعة كاليفورنيا سانتا باربارا . بالإضافة إلى ذلك ، ميز مشروع Moorea Biocode [17] كل الأنواع (& gt1 مم) في الجزيرة ، بما في ذلك التسلسلات الجينية ، وعينات المتحف ، والصور الرقمية [18]. بينما لا يزال هناك الكثير لنتعلمه ، خاصة فيما يتعلق بالميكروبات المتنوعة للغاية [19] والأنظمة البشرية ، فإن قواعد البيانات الفيزيائية والأحيائية الحالية توفر أساسًا قويًا للنمذجة البيئية للنظام بأكمله. إلى جانب ثروة من البيانات حول مرونة النظم البيئية في موريا ، بما في ذلك استجابة الشعاب المرجانية للاضطرابات واسعة النطاق [20] وتطور المجتمع البولينيزي [21] ، تتمتع موريا بالعديد من الخصائص اللازمة للنهوض ببيئة النظم و علم الاستدامة [22].

يهدف Moorea IDEA إلى فهم كيفية تطور التنوع البيولوجي وخدمات النظام البيئي والمجتمع على مدار العقود العديدة القادمة اعتمادًا على الإجراءات التي يتم اتخاذها. على وجه التحديد ، نسأل: (1) ما هي الحالة الفيزيائية والبيولوجية والاجتماعية لنظام الجزيرة اليوم؟ (2) كيف وصلت إلى هذه النقطة؟ (3) ما هو مستقبله في ظل السيناريوهات البديلة للتغير البيئي والنشاط البشري ، بما في ذلك جهود الحفظ؟ تتم معالجة هذه الأسئلة من خلال البنية التحتية لعلوم البيانات القائمة على المكان والمنصة الحسابية (الشكل 1). تعد Moorea Avatar أفضل تمثيل رقمي للجزيرة ، وهو تصور ثلاثي الأبعاد لموريا يشبه الصورة الموجودة على Google Earth ، ولكنه يتضمن بُعدًا للوقت ويمكّن الباحثين من تكبير موقع ، والوصول إلى البيانات ، وتشغيل عمليات المحاكاة . تمثل جزيرة اليوم خط الأساس الرئيسي لأن غالبية بيانات النمذجة المطلوبة غير متوفرة للفترات الزمنية التاريخية. تسمح منصة Avatar الحاسوبية بإنشاء إصدارات أخرى من Moorea وتصورها في السيليكو لمجموعة من الأغراض. يتضمن ذلك تكامل البيانات الفيزيائية والبيولوجية والاجتماعية [12-21] ، والاعتماد على أفضل المعارف العلمية المتاحة لإظهار شكل الجزيرة في الماضي (باستخدام خطوط الأساس التاريخية لاستكشاف قضايا معينة) ، والتنبؤ بكيفية قد تبدو في المستقبل. على عكس ألعاب الفيديو ، فإن توقعاتنا مقيدة بالواقع ولا تهدف فقط إلى البحث والتعليم ، ولكن أيضًا لدعم التخطيط القائم على السيناريوهات لمساعدة المجتمعات المحلية على التكيف مع التغير البيئي وزيادة المرونة البيئية. هدفنا هو محاكاة طب P4 ، والتوسع في النظم الاجتماعية والإيكولوجية والفيزيائية النهج التنبئي والوقائي والمخصص والمشاركة الذي يعد بإحداث ثورة في مجال الطب الحيوي [23].

تنقل الصورة الرمزية المبنية على البيانات المعرفة من خلال واجهة المستخدم الرسومية (GUI) المخصصة لمختلف أصحاب المصلحة. يؤدي فهمهم المحسن بدوره إلى إنشاء فرضيات جديدة للاختبار وتشغيل عمليات محاكاة جديدة ، مما يؤدي إلى مزيد من جمع البيانات

يعد العمل مع السكان المحليين لتطوير صور رمزية للجزيرة "كأجسام حدودية" [24] أمرًا بالغ الأهمية لضمان أن تكون عمليات المحاكاة مفيدة ومصداقية وشرعية. يأخذ أصحاب المصلحة من غير العلماء ملكية مشتركة لأفاتارهم من خلال إعطاء الأولوية للسياسات للمحاكاة (على سبيل المثال ، خطط الحفظ) ، والمساهمة بالمعارف والبيانات التقليدية / المحلية. يشمل النهج التشاركي علم المواطن ، والاستفادة من التقنيات الحديثة ذات الأسعار المعقولة والمساعدة في إعادة ربط الناس بالعمليات الطبيعية من خلال الملاحظة والتعلم التجريبي.

منظمة

تم إطلاق فكرة Moorea IDEA من قبل باحثين مرتبطين بمحطة أبحاث جامعة كاليفورنيا بيركلي جومب و CRIOBE ، من خلال ورشة عمل في مركز باولي للدراسات النظرية ، ETH زيورخ ، في نوفمبر 2013. يضم الاتحاد الآن أكثر من 80 عالمًا من جميع أنحاء العالم ، يمثلون العلوم الفيزيائية والبيولوجية والاجتماعية وعلوم الكمبيوتر والمعلومات. تشكل العقد المؤسسية (أكثر من 20) هيئتها الإدارية ، والتي تقودها حاليًا لجنة تنفيذية تمثل المؤسسات المؤسسة. يعالج الاتحاد أسئلة البحث المتقاربة عبر مجالات الاهتمام المجتمعي (الطاقة والمياه والمغذيات والتنوع البيولوجي والغذاء والتغذية والصحة) من خلال خمس مجموعات عمل متداخلة ومترابطة (الجدول 1). حصل Moorea IDEA على دعم من بلدية موريا والحكومة الإقليمية لبولينيزيا الفرنسية. في المستقبل ، يمكن أن تنضم جزر أخرى لتشكيل شبكة تشترك في الأدوات والنهج القابلة للتطبيق بشكل عام والتي أنشأها اتحاد IDEA. على سبيل المثال ، تشكل الجزيرة المرجانية القريبة Tetiaroa مقارنة جديرة بالاهتمام مع Moorea. أبعد من ذلك ، مما يعكس الطموح في التوسع إلى أماكن أكبر ، أعرب العلماء والمسؤولون الحكوميون من جزيرة كريت عن اهتمام كبير بالمشروع.


1 المقدمة

لقد حققت التأثيرات البشرية الفيزيائية والكيميائية على نظام الأرض مستوى مشابهًا لمستوى العمليات الجيوفيزيائية الطبيعية (Steffen، Grinevald، Crutzen، & Mcneill، 2011). وبالتالي ، تعد الأنشطة البشرية من بين أهم العوامل المحركة لوظائف النظم الإيكولوجية وتهديدات التنوع البيولوجي (Meybeck ، 2004). من العلامات المميزة للمشروع البشري الانتشار الواسع للبلاستيك (Galloway، Cole، & Lewis، 2017) ، وهي مجموعة متنوعة كيميائيًا من المواد القائمة على البوليمرات الاصطناعية المستخدمة في العديد من الأغراض في الحياة اليومية. تتميز جميع المواد البلاستيكية بدرجة عالية من اللدونة (أي القدرة على تغيير الشكل استجابة للقوى المطبقة) على الأقل في نقطة واحدة من تصنيعها. أكثر من 80٪ من المواد البلاستيكية المنتجة عبارة عن لدائن حرارية ، والتي يتم الحصول عليها من خلال بلمرة المونومرات في سلاسل ذات وزن جزيئي مرتفع تُعرف باسم بوليمر لدن بالحرارة (Yang، Yaniger، Jordan، Klein، Bittner، 2011). تخضع مصفوفة البوليمر هذه بعد ذلك لتعديل لاحق في الخصائص الفيزيائية (مثل الذوبان ، والبثق ، والتكوير) والمواد الكيميائية (مختلطة مع المواد المضافة مثل مضادات الأكسدة ، والملدنات ، والمرشحات ، والبولي كربونات ، والبوليمر المشترك ، والملونات ، وما إلى ذلك). آل ، 2011). لذلك ، تُدمج المنتجات البلاستيكية في تركيبتها الفيزيائية تركيبة كيميائية معقدة. إن قابلية اللدونة والتكاليف المنخفضة والمتانة للمواد البلاستيكية جعلتها شديدة التنوع وزاد استخدامها بنحو 25 ضعفًا على مدار الأربعين عامًا الماضية (Sutherland et al. ، 2010). يتجاوز إنتاج البلاستيك السنوي حاليًا 380 مليون طن ، بما يصل إلى 8300 مليون طن تم إنتاجها حتى عام 2015 (Geyer، Jambeck، & Law، 2017).

في عام 2014 ، بلغ الطلب الأوروبي على البلاستيك حوالي 47.8 مليون طن ، بينما دخل 25.8 مليون طن فقط في إدارة مجاري النفايات (PlasticsEurope ، 2015). يعتبر استرداد البلاستيك العالمي أقل من ذلك ، وتشير التقديرات إلى أن ما يقرب من 32٪ من النفايات البلاستيكية قد تجد وعاءها الأول في التربة أو النظم البيئية المائية القارية (جامبيك وآخرون ، 2015). في الواقع ، قدرت دراسة تناولت إنتاج واستخدام وإدارة نفايات المواد البلاستيكية أنه تم إنتاج ما يقرب من 6300 مليون طن من النفايات البلاستيكية ، منها

تراكم 4977 مليون طن في مدافن النفايات والبيئة الطبيعية (Geyer et al. ، 2017).

يمكن أن تخضع القمامة البلاستيكية البيئية لعمليات الشيخوخة (مثل التدهور والتفكك) الناتجة عن عمل الدوافع الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية (Barnes، Galgani، Thompson، & Barlaz، 2009 Whitacre، 2014). تدعي المراجعات الحديثة أن معظم المواد البلاستيكية ، بما في ذلك العديد من المواد التي تم الإبلاغ عنها على أنها قابلة للتحلل البيولوجي ، هي في الواقع أكثر عرضة للتفكك من التحلل (Whitacre ، 2014). وبالتالي ، فإن التلوث البلاستيكي العياني يولد جسيمات أصغر من 5 مم ، والتي يشار إليها عادة باسم اللدائن الدقيقة (بارنز وآخرون ، 2009). يمكن أيضًا إطلاق اللدائن الدقيقة مباشرة في البيئة من خلال تصنيع جزيئات صغيرة الحجم مصممة لأغراض متنوعة (انظر القسم الخاص بمصير البلاستيك الدقيق). يؤدي المزيد من تدهور وتفكك اللدائن الدقيقة إلى توليد جزيئات ذات أبعاد أصغر في النهاية من 0.1 ميكرومتر ، والتي يشار إليها باسم البلاستيك النانوي ((CONTAM) ، 2016).

ربما يكون التلوث باللدائن الدقيقة أحد أكثر التغيرات البشرية انتشارًا وطويلة الأمد على سطح كوكبنا (بارنز وآخرون ، 2009). في الواقع ، تم تحديد التلوث البلاستيكي الدقيق ليكون من بين الموضوعات الأكثر صلة بالحفاظ على التنوع البيولوجي على المستوى العالمي (Sutherland et al. ، 2010). زاد الاهتمام العلمي بهذا الموضوع بشكل كبير في السنوات الأخيرة (الشكل S1) ، مما أدى إلى أدلة دامغة على الآثار الضارة المباشرة وغير المباشرة للتلوث باللدائن الدقيقة على الكائنات الحية البحرية الساحلية والمحيطية (Galloway et al.، 2017 Lusher، Welden، Sobral، وكول ، 2017). تم الإبلاغ عن آليات مماثلة للتأثير على بيئات المياه العذبة ومصبات الأنهار (Horton، Walton، Spurgeon، Lahive، & Svendsen، 2017). لذلك ، تعد اللدائن الدقيقة من بين الملوثات ذات الاهتمام الناشئ للأنظمة المائية (البرنامج ، 2014 ، Syberg et al. ، 2015).

تم إنتاج معظم النفايات البلاستيكية التي تصل إلى المحيطات واستخدامها والتخلص منها في كثير من الأحيان على الأرض (Jambeck et al.، 2015 Lebreton et al.، 2017 Nizzetto، Bussi، Futter، Butterfield، Whitehead، 2016) ، حيث تخضع تؤثر العمليات البيئية على مصيرها (Lebreton et al. ، 2017) وتأثيراتها. لذلك ، من المحتمل داخل الأنظمة الأرضية أن تتفاعل المواد البلاستيكية الدقيقة أولاً مع الكائنات الحية ، مما قد يغير الكيمياء الجيولوجية والبيئة الفيزيائية الحيوية ويسبب السمية البيئية.

نقدم هنا رؤى جديدة حول اللدائن الدقيقة كضغط تغيير عالمي في الأنظمة الأرضية ، مع التركيز على الكيمياء الجيولوجية ، والبيئة الفيزيائية الحيوية ، والسموم البيئية.لتحقيق ذلك ، نقدم أولاً المصير البيئي للجسيمات البلاستيكية الدقيقة في الموائل الأرضية بما في ذلك الروابط ذات الصلة بأنظمة المياه العذبة القارية. ثم نسلط الضوء على الدليل النظري والملاحظ للتأثيرات الفيزيائية والكيميائية للبلاستيك الدقيق / النانوي مع أداء النظام البيئي والكائن الحي. أخيرًا ، نحن نتصور السمية واسعة النطاق المحتملة للبلاستيك النانوي على الكائن الأرضي وتأثيراته البيئية. نقترح أن وجود البلاستيك الدقيق موجود في كل مكان في البيئات الأرضية ، مع العديد من العواقب المحتملة على التنوع البيولوجي وكذلك على صحة الإنسان والنظام البيئي. وهذا يسلط الضوء على أن هناك حاجة ماسة للبحث لتوضيح المصير البيئي وتأثيرات مثل هذه الجزيئات البلاستيكية الصغيرة في الأنظمة الأرضية.


دورة الكربون الأرضي في القطب الشمالي

حجم وخصائص خزان الكربون الأرضي في القطب الشمالي

تسود درجات الحرارة المنخفضة والظروف الرطبة في المناظر الطبيعية عبر القطب الشمالي ، وهذه الظروف تفضل معدلات تحلل منخفضة وتراكم المواد العضوية والحفاظ عليها. على مدار آلاف السنين ، تراكمت كميات هائلة من الكربون في تربة القطب الشمالي ، خاصة في مناطق التربة الصقيعية (التربة المتجمدة لمدة عامين متتاليين على الأقل) - التي تغطي حوالي 25٪ من مساحة الأرض في نصف الكرة الشمالي. تتقارب أحدث التقديرات لمخزونات كربون التربة في القطب الشمالي ، كما هو موضح في الجدول 1 ، في نطاق يتراوح بين 1400 و 1850 Pg C لجميع تربة التربة الصقيعية الشمالية (750-1024 Pg C لأعلى 3 أمتار ، 400-407 Pg C لـ yedoma و 241-250 Pg C للرواسب الغرينية). ومع ذلك ، فإن أوجه عدم اليقين المرتبطة بهذه التقديرات كبيرة ، وبعد تحليل قاعدة بيانات أكبر بكثير ، بما في ذلك مواقع أخذ العينات الجديدة من جرينلاند وعبر القطب الشمالي (الشكل 4) ، وصل التقدير المنقح إلى تقديرات أقل لـ yedoma (181 ± 54) Pg C) والرواسب الغرينية (91 ± 52 Pg C) على وجه الخصوص (Hugelius et al. 2014). ومع ذلك ، توجد مخزونات ضخمة من الكربون العضوي في تربة القطب الشمالي وتصل إلى حوالي 50٪ من كربون التربة العالمي (Tarnocai et al. 2009 Hugelius et al. 2014). انبعاث ثاني أكسيد الكربون2 أو الميثان بعد تحلل هذا الكربون هو رد فعل مهم محتمل لارتفاع درجة حرارة المناخ.

تجمع الكربون العضوي في التربة (كجم C · م 2) الموجود في الفاصل الزمني لعمق يتراوح بين 0 و 3 أمتار في منطقة التربة الصقيعية القطبية الشمالية. نقاط عرض مواقع المواقع الميدانية للمواقع الميدانية لقياسات جرد الكربون بعمق يتراوح من 0 إلى 3 أمتار مع عدد قياسات جرد الكربون 1 متر بالآلاف وهي كثيرة جدًا بحيث لا يمكن عرضها. مقتبس من Hugelius et al. (2014)

يعتمد معدل نقل كربون التربة إلى الغلاف الجوي ، من بين أمور أخرى ، على قابلية تحلل (قابلية) المواد العضوية في التربة (SOM) ، مما يُظهر تنوعًا كبيرًا. أظهر الحضانة الهوائية لنوى التربة العضوية والمعدنية - التي تم جمعها من Zackenberg ، شمال شرق جرينلاند ، وكذلك ألاسكا وشمال سيبيريا - أن جزء SOM الذي ينقلب في أقل من عام ("تجمع سريع") كان أقل من 5٪ لمدة جميع أنواع التربة (Schädel et al. 2014). تباينت "البركة البطيئة" (المحددة هنا بوقت دوران من 5 إلى 15 عامًا) بين التربة العضوية والمعدنية ، حيث أظهرت التربة العضوية أعلى القيم وأعلى تقلب. أظهرت دراسة مقارنة مع الحضانات اللاهوائية اختلافات في ثاني أكسيد الكربون اللاهوائي2: CH4 نسبة الإنتاج (الأدنى بالنسبة لمواقع التندرا) ، وفي إجمالي ثاني أكسيد الكربون اللاهوائي2 وإنتاج الميثان (أكبر في التربة العضوية والتربة التي غمرتها المياه ، وأقلها في الآفاق العميقة). كان إنتاج الميثان أكبر بأربع مرات في التربة من مواقع نبات الجرامينويد (العشب) والشجيرات منه في التربة من المواقع الحرجية ، مما يشير إلى أن مجتمع الغطاء النباتي يمكن أن يؤثر بشكل كبير على تدفقات الميثان ، كما هو موضح على سبيل المثال من خلال الملاحظات الميدانية في Zackenberg (Ström et آل 2003). بين الحضانات الهوائية واللاهوائية ، يبدو أن انبعاثات الكربون المحتملة هي الأكبر ، ويهيمن عليها ثاني أكسيد الكربون.2، في ظل الظروف الهوائية - حتى عند حساب احتمالية الاحترار العالمي الأكبر للميثان (Schädel et al. 2016).

على الرغم من دراسات الحضانة التي تظهر إمكانية واضحة للتربة دائمة التجمد لإطلاق كميات كبيرة من غازات الاحتباس الحراري ، فإن مدى توفر الكربون للتحلل في ظل الظروف الطبيعية يعتمد على حفظه في الأرض المتجمدة ، والتعرض لتدهور التربة الصقيعية ، وعمق الدفن (ماكجواير) وآخرون 2010 van Huissteden and Dolman 2012). الاضطراب بالتبريد (الحركة الرأسية للتربة الناتجة عن عمليات التجميد والذوبان) يمزج الكربون إلى مستويات أعمق في التربة ، وبالتالي يحتمل إزالته من طبقات التحلل السريع (كايزر وآخرون 2007). من ناحية أخرى ، قد يتسبب ذوبان التربة الصقيعية في عمليات تدهور وهبوط التربة مما يؤدي إلى تكوين البحيرات والبرك وتآكلها ، وهي عمليات يمكن أن تعرض كربون التربة إما للتحلل اللاهوائي الذي يسبب الميثان وثاني أكسيد الكربون.2 الانبعاثات ، التحلل الهوائي مما يؤدي إلى ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات ، أو النقل على شكل جزيئات OC الذائبة والجسيمات إلى الأنهار والجداول إلى البحيرات والبحر (van Huissteden and Dolman 2012 Vonk and Gustafsson 2013). وبالتالي قد تكون الانبعاثات الفعلية من تربة التربة الصقيعية مختلفة تمامًا عن معدلات التحلل المحتملة التي تم الحصول عليها في دراسات الحضانة.

التبادلات الجوية

معظم دراسات المراقبة المباشرة لتبادل ثاني أكسيد الكربون2 بين التندرا والغلاف الجوي في الصيف ، خلال موسم النمو ، عندما تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي وتأخذ ثاني أكسيد الكربون2 من الجو. يمكن لهذا الامتصاص أن يعوض جزئيًا أو كليًا أي خسائر ناجمة عن تحلل كربون التربة ، وتشير الملاحظات إلى أن التندرا ، في جميع أنحاء القطب الشمالي ، كانت مصدرًا لغاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.2 خلال الصيف (McGuire et al. 2012). تشير الملاحظات الحالية إلى وجود اختلافات في صافي ثاني أكسيد الكربون الصيفي2 التبادل بين أنواع التندرا المختلفة ، حيث لا يوجد تداخل في فترات الثقة لصافي ثاني أكسيد الكربون المبلغ عنه2 امتصاص التندرا الرطبة (−27 إلى 59 جم C م −2 صيف −1) عند مقارنتها بالتندرا الجافة (−11 جم C إلى 21 جم C م −2 صيف −1).

بينما يحدث امتصاص الكربون الصافي بشكل عام خلال فصل الصيف ، إلا أن هناك شكوكًا كبيرة بشأن كمية الكربون المنبعثة خلال فصول الشتاء الطويلة في القطب الشمالي عندما يتوقف نمو النبات ولكن قد يستمر تنفس التربة بوتيرة بطيئة وثابتة. فقط عدد قليل من الدراسات قدرت تبادل ثاني أكسيد الكربون2 خلال موسم البرد ، حيث أن الظروف القاسية في ذلك الوقت من العام تعقد اللوجستيات والمراقبة المستمرة. تشير الدراسات المتاحة إلى أن النظم البيئية للتندرا هي مصادر لثاني أكسيد الكربون2 في الغلاف الجوي خلال موسم البرد (McGuire et al. 2012) ، ولكن بالنظر إلى الدراسات القليلة التي أجريت ، فليس من الواضح ما إذا كانت قوة المصادر تختلف بين المناطق الفرعية أو أنواع التندرا. يحاول عدد متزايد من الدراسات القائمة على الملاحظة سد فجوة المعرفة هذه وتقدير ثاني أكسيد الكربون السنوي2 التبادل بين التندرا والغلاف الجوي (McGuire et al. 2012) ، ولكن بسبب عدم اليقين الكبير المصاحب ، هناك شك كبير حول ما إذا كانت التندرا عبارة عن بالوعة كربون صغيرة أو قريبة من الحيادية على أساس سنوي. تتراوح التقديرات الحالية من -291 إلى 80 تيراغرام كربون سنة -1 ، مع تقدير مركزي 110 تيراغرام كربون سنة -1 (ماكجوير وآخرون 2012).

إلى جانب CO2، هناك قدر أكبر من عدم اليقين في تقديرات انبعاثات الميثان في التندرا في القطب الشمالي ، ويرجع ذلك أساسًا إلى التباين المكاني والزماني الذي لم يتم التقاطه بشكل كافٍ بواسطة شبكات القياس الحالية المتفرقة ، وعدم اليقين بشأن مدى الأراضي الرطبة في القطب الشمالي. بشكل عام ، تميل النماذج إلى التنبؤ بانبعاثات الأراضي الرطبة من القطب الشمالي أعلى من الملاحظات. أظهرت المقارنة بين الملاحظات والنماذج أنه وفقًا للأول ، أصدرت التندرا 14.7 تيراغرام CH4 السنة −1 (0–29.3 Tg CH4 نطاق عدم اليقين العام -1) خلال التسعينيات وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، في حين قدرت النماذج

35 تيراغرام CH4 سنة −1 (21-47 Tg CH4 سنة −1). يتوافق العدد الأقل من الملاحظات إلى حد كبير مع مراجعة تقديرات انبعاثات الميثان التصاعدية (BU) ومن أعلى إلى أسفل (TD) بواسطة Kirschke et al. (2013) ، الذي يقترح مصدرًا للأراضي الرطبة الشمالية الأوروبية الآسيوية يبلغ 14 تيراغرام CH4 السنة -1 (الحد الأدنى - الحد الأقصى للمدى 9-23) و 9 (4-13) Tg CH4 سنة -1 لـ TD و BU ، على التوالي ، مع حوض تربة تقديري لـ TD يبلغ 3 (1-5) Tg CH4 عام −1.

إلى جانب النمذجة والقياسات الأرضية ، تشمل التطورات الأخيرة زيادة استخدام القياسات المحمولة جواً ، والتي لها ميزة كبيرة في تجنب التحيزات الناجمة عن القيود اللوجيستية على اختيارات مواقع الدراسة الأرضية أو المشكلات التي تنشأ أثناء الارتقاء - مثل التقليل من تقدير المناطق من صافي امتصاص الميثان (Jørgensen et al. 2014). تشمل القياسات المحمولة جواً بطبيعتها أيضًا المصادر التي غالبًا ما كانت مهملة في السابق مثل أنظمة المياه العذبة والمصادر الجيولوجية ، والتي يمكن أن تكون مصادر مهمة للميثان وثاني أكسيد الكربون.2 (والتر أنتوني وآخرون ، 2012 ويك وآخرون 2016). قدرت دراسة جمعت بيانات تركيز الطائرات مع النمذجة العكسية أن التدفقات الإقليمية التي بلغ متوسطها في جميع أنحاء ألاسكا للفترة من مايو إلى سبتمبر 2012 بلغت 2.1 ± 0.5 تيراغرام CH4 (تشانغ وآخرون 2014). أظهرت دراسة حديثة في نفس المنطقة جمعت بين القياسات الأرضية والمحمولة جواً أن انبعاثات الميثان في بقية العام ، خلال موسم البرد ، يمكن أن تكون بنفس الحجم ، مما يساهم في

50٪ من الميزانية السنوية (Zona et al. 2016). عند تضمين انبعاثات موسم البرد ، تم اقتراح أن إجمالي انبعاثات غاز الميثان في القطب الشمالي قد يصل إلى 23 ± 8 Tg CH4 السنة 1 (Zona et al. 2016).

تم توضيح أهمية الموسم البارد لميزانية الميثان السنوية في وقت سابق في Zackenberg بواسطة Mastepanov et al. (2008). في هذا الموقع ، لوحظت ذروة كبيرة في الانبعاثات خلال فترة التجميد ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تكوين الجليد في الأرض الذي يقلل من مساحة المسام ويزيد الضغط ، مما يتسبب في انبعاث الغازات من الأرض (Pirk et آل 2015). وقد لوحظت قمم كبيرة مماثلة من الميثان منذ ذلك الحين في Adventdalen و Svalbard (Pirk et al. 2017) وفي ألاسكا (Zona et al. 2016) ، مما يدل على أن فصل الشتاء هو فترة ديناميكية يجب تضمينها في الملاحظات لتقييم دقيق الميزانيات السنوية لغاز الميثان.


فرص البحث والتوجهات المستقبلية

يرتبط العالم بشكل متزايد من خلال تحركات الأشخاص والكائنات الحية والسلع والخدمات (Liu وآخرون. 2013) ، مع وصول التأثير البشري حتى إلى أبعد المواقع. لقد قمنا بتغيير خصائص القياس الأساسية للعالم الطبيعي. نتيجة لذلك ، يواجه العالم لحظة فريدة في تاريخ الأرض ، حيث يكون للأنشطة البشرية القدرة على دفع النظم البيئية إلى ما وراء نقاط التحول وتعريض خدمات النظام البيئي للخطر بشدة (Dodds 2008). تمثل بيولوجيا الأنظمة الكبيرة مجالًا واعدًا من الأبحاث لتطوير المعرفة وتطوير حلول مستدامة لهذه التحديات البيئية العالمية الملحة ، وهي ذات صلة بشكل خاص بالمقاييس المكانية الكبيرة التي يؤثر فيها البشر على البيئات الطبيعية. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم الروابط متعددة النطاقات. توضح الأمثلة التي تمت مناقشتها هنا حقيقة أن الظواهر التي تحدث في مكان ما يمكن أن يكون لها عواقب في مواقع بعيدة عن المصدر. تصورات سابقة (Heffernan وآخرون. روز 2014 وآخرون. 2017) فكرة أن مناهج الأنظمة الكبيرة يجب أن تتضمن الاتصالات عن بعد والديناميكيات الاجتماعية - الاجتماعية. يمكن استخدام إطار عمل اقتران metacoupling الذي تم تقديمه هنا لتعزيز مجال بيولوجيا الأنظمة الكبيرة نظرًا لأنه يعالج مكونًا رئيسيًا مفقودًا للتفاعلات البشرية داخل الأنظمة المجاورة والبعيدة وكذلك بينها. توضح أمثلةنا الحالات التي يكون فيها الاقتران المتسلسل وتفاعلات النظام متعددة المقاييس ذات أهمية متزايدة بسبب الطبيعة المتفشية للأنشطة البشرية. إنها ، في بعض الأحيان ، استثناءات لقانون توبلر الأول ، حيث لا يؤدي القرب من الفضاء إلى تعزيز العلاقات ، مما يدعم الحاجة إلى مناهج تسهل تقييم التفاعلات المحلية والبعيدة.

على الرغم من انتشاره سريعًا في المجال الفرعي لبيولوجيا النظم الكبيرة ، إلا أن البحث عن الأنظمة metacoupled لا يزال محدودًا. ومع ذلك ، فإن بيولوجيا النظم الكبيرة هي فقط في المراحل الأولى من دمج metacouplings في العلوم البيئية التنبؤية ، وعلى هذا النحو ، لا تزال هناك فجوات في معرفة الروابط متعددة المقاييس - خاصة فيما يتعلق بالتغذية المرتدة التي تتعلق بالتوصيلات البعيدة مكانيًا. من الصعب تحديد وتوصيف ردود الفعل من التدفقات أحادية الاتجاه ، على الرغم من أن التغذية المرتدة هي في قلب عمليات الربط ، مما يؤدي إلى نتائج بيئية واجتماعية اقتصادية غير متوقعة. لذلك فإن البحث الذي يدرس الملاحظات ومجموعة الدوافع التي تؤثر على الظواهر المختلفة على المستويات الإقليمية إلى القارية ضرورية لهذا الحقل الفرعي لتحقيق أقصى قدر من التأثير والأهمية. على وجه الخصوص ، نحن ندعو إلى المزيد من الجهود الكمية والمقارنة والتكاملية لتحليل العوامل والتدفقات والتغذية المرتدة والأسباب والتأثيرات بشكل منهجي عبر مختلف الأنظمة metacoupled حول العالم.

لتوسيع فرص البحث هذه ، نقترح الجمع بين الاستكشاف النظري والنمذجة والملاحظات والتجارب لتعزيز التقدم المفاهيمي أثناء اختبار التنبؤات النظرية مقابل الملاحظات. حتى الآن ، تم قياس عملية الاقتران عن بُعد بشكل أساسي من خلال النمذجة ، لكن التنبؤات النموذجية لا تزال تتطلب ملاحظات ميدانية لتحديد ما إذا كان يمكن تمييزها عن ضوضاء الخلفية. سيوفر تحديد أكثر عمليات اقتران المضاعفات تأثيراً وحساسية فهماً أكثر تكاملاً للأنظمة المترابطة في جميع أنحاء العالم ، وتعزيز الاكتشافات العلمية وتسهيل الحلول الفعالة للتحديات العالمية. على سبيل المثال ، توجد حاجة من النطاقات المحلية إلى النطاقات العالمية لفهم آثار اقتران ميتاكوجين على ديناميكيات C من أجل تنسيق إدارة الكربون بين جميع الدول. من المهم العمل مع أصحاب المصلحة المعنيين لإنتاج المعرفة للنهوض بعلم اقتران ما وراء الاقتران وبناء أساس قوي لتطوير خطط إدارة فعالة.

يقوم عدد متزايد من وكالات التمويل بالترويج للبرامج المتكاملة بين الإنسان والبيئة ويتم تطوير شبكات علمية دولية جديدة لتعزيز البحث في التفاعلات البشرية والبيئية على نطاق واسع. نأمل أن ينبثق فهم أعمق للأنظمة المترابطة من مثل هذه التعاون متعدد التخصصات. يمكن لهذه الجهود وغيرها من الجهود ذات الصلة أن تعزز بيولوجيا النظم الكبيرة لمواجهة التحديات العالمية وتحسين رفاهية الإنسان مع تعزيز الاستدامة البيئية في جميع أنحاء العالم.


كنودسن ، ج. (1961). "Xylophaga الحميمة والسحيقة (Pholadidae ، Bivalvia) ،" في: تقرير جالاتيا: النتائج العلمية للبعثة الدنماركية في أعماق البحار حول العالم 1950-52، المجلد 5 ، إيه إف برون (محرر) ، مطبعة العلوم الدنماركية ، كوبنهاغن ، الدنمارك ، ص 163-209.

كنودسن ، ب. (1974). بيليمارك & # 8211 مارين تريبورر (التقرير رقم QS1978 / 40) [دودة القارب - الحفارون البحريون (التقرير رقم QS1978 / 40)]، Norsk Institutt for Skogforskning [المعهد النرويجي لبحوث الغابات] ، s ، النرويج.

كوتنيك ، إم ، كلامر ، إم ، وميلشر إي. (2017). & # 8220 ضمان جودة الخشب المعالج - اللوائح والشهادات والخلفية النقابية في مجال حماية الخشب في أوروبا ، & # 8221 في: وقائع الاجتماع السنوي لمجموعة البحث الدولية بشأن حماية الخشب، Ghent، Belgium، pp.1-15.

ليثرمان ، إس بي ، تشانغ ، ك. ، ودوغلاس ، بي سي (2000). & # 8220 ارتفاع مستوى سطح البحر يظهر أنه يؤدي إلى تآكل السواحل ، & # 8221 الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي للمعاملات 81 (6) ، 55-57. DOI: 10.1029 / 00EO00034

لينك ، د. ، وهينكل ، ج. (2018). & # 8220 حماية اقتصادية قوية ضد ارتفاع مستوى سطح البحر في القرن الحادي والعشرين ، & # 8221 التغير البيئي العالمي 51 ، 67-73. DOI: 10.1016 / j.gloenvcha.2018.05.003

Lindfors ، E.L ، Lindstrom ، M. ، and Iversen ، T. (2008). & # 8220 تدهور عديد السكاريد في خشب البلوط المشبع بالمياه من السفينة الحربية القديمة فاسا ، & # 8221 هولزفورشونج 62 (1) ، 57-63. DOI: 10.1515 / hf.2008.008

ليبرت ، إتش ، ويجلت ، آر ، جلاسر ، ك. ، كراوس ، آر ، باستروب ، آر ، وكارستين ، يو (2017). & # 8220Teredo navalis في بحر البلطيق: ديناميات اليرقات لصدفتين غازية مثقوبة للخشب عند حافة توزيعها ، & # 8221 الحدود في علوم البحار 4 (331) ، 1-12. DOI: 10.3389 / fmars.2017.00331

لوبيز أنيدو ، آر ، مايكل ، أ.ب ، وساندفورد ، ت.س. (2003). & # 8220 توصيف تجريبي للاستجابة الهيكلية لركيزة الخشب المركب FRP عن طريق اختبارات الانحناء ، & # 8221 الهياكل البحرية 16 (4) ، 257-274. DOI: 10.1016 / S0951-8339 (03) 00021-2

لوبيز ، دي بي ، ماي ، سي ، ميليتز ، هـ. (2014). & # 8220 حفار بحري من الخشب البرتغالي المعدل كيميائيا & # 8221 Maderas-Ciencia y Tecnologia 16(1), 109-124.

Magin ، C.M ، Cooper ، S. P. ، and Brennan ، A.B (2010). & # 8220 استراتيجيات مانعة للحشف غير سامة ، & # 8221 المواد اليوم 13 (4) ، 36-44. DOI: 10.1016 / S1369-7021 (10) 70058-4

الماجستير ، ن. (2001). الاستخدام المستدام للمواد الجديدة والمعاد تدويرها في المناطق الساحلية و

Fluvial Construction - دليل إرشادي، توماس تيلفورد ، لندن

مينزيس ، آر ج. (1957). & # 8220: فصيلة الحفار البحري Limnoriidae (القشريات ، Isopoda). الجزء الأول: أمريكا الشمالية والوسطى: النظاميات والتوزيع والبيئة ، & # 8221 نشرة العلوم البحرية للخليج والبحر الكاريبي 7(2), 101-200.

ميرك ، ف ، بيرج ، ج.ك ، كريوكا ، سي ، وبورجرت ، آي (2017). & # 8220 تبلور موجه لكبريتات الباريوم المحصورة في الهياكل الخلوية الهرمية ، & # 8221 نمو الكريستال والتصميم 17 (2) ، 677-684. DOI: 10.1021 / acs.cgd.6b01517

Merk ، V. ، Chanana ، M. ، Gaan ، S. ، and Burgert ، I. (2016). & # 8220 تمعدن الخشب بإدخال كربونات الكالسيوم لتحسين تثبيط اللهب ، & # 8221 هولزفورشونج 70 (9) ، 867-876. DOI: 10.1515 / hf-2015/0228

Merk ، V. ، Chanana ، M. ، Keplinger ، T. ، Gaan ، S. ، and Burgert ، I. (2015). & # 8220 المواد الخشبية الهجينة مع تحسين مقاومة الحريق من خلال تمعدن مستوحى من الحيوية على مستوى النانو وما دون الميكرون ، & # 8221 الكيمياء الخضراء 17 (3) ، 1423-1428. DOI: 10.1039 / C4GC01862A

ميلر ، آر سي (1924). آلية مملة Teredo، مطبعة جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية.

Mouzouras، R.، Jones، A. M.، Jones، E.، and Rule، M.H. (1990). & # 8220 تقييم غير مدمر للبدن والأخشاب المخزنة من سفينة تيودور ماري روز ، & # 8221 دراسات في الحفظ 35 (4) ، 173-188. DOI: 10.2307 / 1506410

مولر ، ج. (2014). Praxisnahe Untersuchungen zur Wirksamkeit von Geotextilien gegen Holzschädlinge im Meerwasser (التقرير رقم AZ 30193) [تحقيقات عملية حول فعالية مواد التكسية الأرضية ضد حفار الخشب في مياه البحر (تقرير رقم.AZ 30193)] ، Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) [المؤسسة الألمانية الاتحادية للبيئة] ، دوربن ، ألمانيا.

ناير ، إن ب. (1962). & # 8220 علم البيئة البحرية والكائنات الحية المملة للخشب في غرب النرويج ، & # 8221 سارسيا 8 (1) ، 1-88. DOI: 10.1080 / 00364827.1962.10410269

نريم ، آر إس ، بيكلي ، بي دي ، فاسولو ، جي تي ، هاملينجتون ، بي دي ، ماسترز ، دي ، ميتشوم ، جي تي (2018). & # 8220 ارتفاع مستوى سطح البحر المتسارع الذي يحركه تغير المناخ الذي تم اكتشافه في عصر مقياس الارتفاع ، & # 8221 وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية 114 (9) ، 2022-2025. DOI: 10.1073 / pnas.1717312115

نيشيموتو ، أ ، هاغا ، ت ، أساكورا ، أ ، وشيراياما ، واي (2015). & # 8220 نهج تجريبي لفهم عملية تجزئة الأخشاب بواسطة حفار الخشب البحري في المياه المعتدلة الضحلة. & # 8221 سلسلة تقدم الإيكولوجيا البحرية 538: 53-65.

نورمان ، إي (1976). & # 8220 المقاومة الطبيعية لأنواع مختلفة من الأخشاب السويدية للهجوم من قبل الرخويات البحرية المملة للخشب ، & # 8221 مؤسسة Virkeslåra مقرر 98, 1-14.

O & # 8217Connor، R.M، Fung، J.M، Sharp، K.H، Benner، J. S.، McClung، C.، Cushing، S.، Lamkin، E.R، Fomenkov، A. I.، Henrissat، B.، Londer، Y. Y.، وآخرون. (2014). & # 8220 بكتيريا الخياشيم تمكن من استراتيجية هضمية جديدة في الرخويات التي تتغذى بالخشب ، & # 8221 وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية 111 (47) ، 5096-5104. DOI: 10.1073 / pnas.1413110111

Oevering ، P. ، Matthews ، B. J. ، Cragg ، S.M ، and Pitman ، A. J. (2001). & # 8220 التحلل البيولوجي اللافقاري للأخشاب البحرية فوق متوسط ​​مستوى سطح البحر على طول سواحل إنجلترا وويلز ، & # 8221 التحلل البيولوجي الدولي والتحلل البيولوجي أمبير 47 (3) ، 175-181. DOI: 10.1016 / S0964-8305 (01) 00046-4

Palanti، S.، Feci، E.، and Anichini، M. (2015). & # 8220 مقارنة بين أربعة أنواع من الأخشاب الاستوائية لمقاومتها للحفارات البحرية (تريدو spp و ليمنوريا spp) في مضيق ميسينا & # 8221 التحلل البيولوجي الدولي والتحلل البيولوجي أمبير 104 ، 472-476. DOI: 10.1016 / j.ibiod.2015.07.013

باركس ، إل ، وكيبل ، أ. (2016). & # 8220 دودة Teredo والسرة تحت سطح البحر: المخاطر والتوصيات ، & # 8221 تكنولوجيا تحت الماء 33 (4) ، 239-243. DOI: 10.3723 / ut.33.239

بورشون ، آر دي (1941). & # 8220 في علم الأحياء والعلاقات من lamellibranch Xylophaga الظهرية (تورتون) ، & # 8221 مجلة الجمعية البيولوجية البحرية في المملكة المتحدة 25(1), 1-39.

رودر ، هـ. (1977). & # 8220Zur Beziehung zwischen Konstruktion und Substrat bei mechanisch bohrenden Bohrmuscheln (Pholadidae, Teredinidae) [حول العلاقة بين البناء والركيزة في حفارات الحفر الميكانيكية (Pholadidae, Teredinidae)],” Senckenbergiana ماريتيما 9, 105-213.

Rosenbusch ، K. ، Borges ، L.M.S ، Cragg ، S.M ، Rapp ، A.O. ، and Pitman ، A.J (2006). & # 8220 تقييم معملي للمتانة الطبيعية للأنواع الأقل استخدامًا Corynanthe pachyceras مرحبا. و Glyphaea brevis (Sprengel) Monachino ضد حفار الأخشاب البحري Limnoria quadripunctata هولثيوس ، & # 8221 التحلل البيولوجي الدولي والتحلل البيولوجي أمبير 57 (2) ، 71-74. DOI: 10.1016 / j.ibiod.2005.11.005

Saathoff ، F. ، Spittel ، M. ، Dede ، C. ، and Hinkerohe ، C. (2010). Entwicklung Eines Verfahrens zum Schutz von Holzpfählen Gegen Teredo navalis - Zwischenbericht (التقرير رقم AZ 26280/23) [طريقة تطوير لحماية الدعامات الخشبية ضد Teredo navalis- تقرير أولي (تقرير رقم AZ 26280/23) ، Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) [مؤسسة البيئة الفيدرالية الألمانية] ، جامعة روستوك ، أوسنابروك ، ألمانيا.

Sabbadin، F.، Pesante، G.، Elias، L.، Besser، K.، Li، Y.، Steele-King، C.، Stark، M.، Rathbone، D.A، Dowle، A. A.، Bates، R.، وآخرون. (2018). & # 8220 الكشف عن الآليات الجزيئية لهضم اللجنوسليلوز في ديدان السفن ، & # 8221 التكنولوجيا الحيوية للوقود الحيوي 11 (59) ، 1-18. DOI: 10.1186 / s13068-018-1058-3

سلمان ، أ ، لومباردو ، س ، ودودي ، ب. (2004). التعايش مع التآكل الساحلي في أوروبا: الرواسب والفضاء من أجل الاستدامة. الجزء الأول & # 8211 النتائج الرئيسية والتوصيات السياسية لمشروع EUROSION (عقد الخدمة B4-3301 / 2001/329175 / MAR / B3) ، المديرية العامة للبيئة & # 8211 المفوضية الأوروبية ، لاهاي ، هولندا.

ساندستروم ، إم ، فورس ، واي ، وبيرسون آي (2003). معركة فاسا الجديدة: الكبريت والحمض والحديد، المتاحف البحرية الوطنية [Statens maritima museer] ، ستوكهولم ، السويد.

ساندستروم ، إم ، جاليليفاند ، إف ، داميان ، إي ، فورس ، واي ، جيليوس ، يو ، جونز ، إم ، وسالومي ، إم (2005). & # 8220 تراكم الكبريت في أخشاب السفينة الحربية للملك هنري الثامن و 8217 ماري روز: مسار في دورة الكبريت من الاهتمام بالحفظ ، & # 8221 وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية 102 (40) ، 14165-14170. DOI: 10.1073 / pnas.0504490102

المعيار الوطني الجنوب أفريقي (SANS) 10005 (2016). & # 8220 المعالجة الوقائية للأخشاب ، & # 8221 قسم معايير SABS ، بريتوريا ، جنوب إفريقيا.

سانتاكوماران ، إل إن ، وسنيلي ، جيه إيه (1978). & # 8220 المقاومة الطبيعية لأنواع مختلفة من الأخشاب لهجوم الحفار البحري في Trondheimsfjord (غرب النرويج) ، & # 8221 في: مجموعة الأبحاث الدولية حول حماية الخشب المؤتمر العلمي، بيبلز ، اسكتلندا ، المملكة المتحدة ، الصفحات 1-20.

سانتاكوماران ، إل إن ، وسنيلي ، جيه أ. (1984). & # 8220 دراسات عن الكائنات البحرية الملوثة وكائنات الأخشاب في Trondheimsfjord (غرب النرويج) ، & # 8221 Gunneria 48, 1-36.

سين ، س ، سيفريكايا ، هـ ، يالسين ، م. (2009). "المتانة الطبيعية لأشجار القلب من الأشجار الأوروبية والأفريقية الاستوائية المعرضة للظروف البحرية ،" المجلة الأفريقية للتكنولوجيا الحيوية 8(18), 4425-4432.

سيربا ، ف. د. (1980). & # 8220 الاختبارات المعملية على خشب مشرب بسيليكات الصوديوم ضد هجوم Limnoria tripunctata menzies ، & # 8221 فلوريستا 11(2), 42-44.

شيبواي ، جي آر ، بورجيس ، إل إم إس ، مولر ، جيه ، وكراج ، إس إم (2014). & # 8220 بث دودة البحر الكاريبي التي تفرخ ، Teredothyra dominicensis (Bivalvia ، Teredinidae) ، قد غزت وتأسست في شرق البحر الأبيض المتوسط ​​، & # 8221 الغزوات البيولوجية 16 (10) ، 2037-2048. DOI: 10.1007 / s10530-014-0646-9

Simm، J.، and Masters، N. (2003). تكاليف الحياة الكاملة ومشتريات المشروع في هندسة الموانئ والسواحل والأنهار: كيفية الهروب من صناديق التكلفة، ICE للنشر ، توماس تيلفورد ، المحدودة ، لندن ، المملكة المتحدة.

Simpson، MJR، Nilsen، JE Ø.، Ravndal، OR، Breili، K.، Sande، H.، Kierulf، HP، Steffen، H.، Jansen، E.، Carson، M.، and Vestøl، O. (2015 ). تغيير مستوى سطح البحر للنرويج & # 8211 الملاحظات والتوقعات السابقة والحالية حتى عام 2100 (تقرير رقم 1/2015) ، المركز النرويجي لخدمات المناخ ، أوسلو ، النرويج.

Sordyl ، H. ، Bönsch ، R. ، Gercken ، J. ، Gosselck ، F. ، Kreuzber ، M. ، and Schulze ، H. (1998). & # 8220Verbreitung und Reproduktion des Schiffsbohrwurms Teredo navalis L. an der Küste Mecklenburg-Vorpommerns [توزيع وتكاثر دودة السفن البحرية Teredo navalis L. على ساحل Mecklenburg-West Pomerania] ، & # 8221 Deutsche Gesellschaft für Meeresforschung [الجمعية الألمانية للبحوث البحرية] 42, 142-149.

Sosa، M.، Perez-Lopez، T.، Reyes، J.، Corvo، F.، Camacho-Chab، R.، Quintana، P.، Aguilar، D. (2011). "تأثير البيئة البحرية على تدهور الخرسانة المسلحة اعتمادًا على ظروف التعرض" ، المجلة الدولية للعلوم الكهروكيميائية 6, 6300-6318.

سكويريل ، ج. ، وكلارك ، ر. (1987). & # 8220 تحقيق في حالة وحفظ بدن ماري روز. الجزء الأول: تقييم الأخشاب بدن السفينة ، & # 8221 دراسات في الحفظ 32 (4) ، 153-162. دوى: 10.2307 / 1506179

الوكالة الحكومية للزراعة والبيئة وسط مكلنبورغ (2017). & # 8220Buhnenbau im Küstenschutz von Mecklenburg-Vorpommern [مبنى Groyne في الحماية الساحلية لمدينة Mecklenburg-West Pomerania] ، & # 8221 Staatliches Amt für Landwirtschaft und Umwelt Mittleres Mecklenburg، (http://www.stalu-mvhem.de/mm/ / K٪ C3٪ BCstenschutz / Buhnenbau-im-K٪ C3٪ BCstenschutz-von-Mecklenburg٪ E2٪ 80٪ 93Vorpommern /) ، تم الوصول إليه في 8 يناير 2019.

ستيفان ، آي ، كوتنيك ، إم ، كونتي ، إي ، كلامر ، إم ، نونيس ، إل ، أكير ، جي في ، بلاري ، ر. (2017). & # 8220 إرشادات بشأن اللوائح الأوروبية لمنتجات المبيدات الحيوية بشأن فعالية المواد الحافظة للأخشاب ، "في: وقائع الاجتماع السنوي الثامن والأربعين لـ IRG، Ghent، Belgium، pp.1-16.

توث ، جي بي ، لارسون ، إيه آي ، جونسون ، بي آر ، وأبيلكفيست ، سي (2015). & # 8220 تنجذب المجموعات الطبيعية من يرقات دودة السفن إلى الأخشاب من خلال إشارات كيميائية تنقلها المياه ، & # 8221 بلوس واحد 10 (5) ، e0124950. DOI: 10.1371 / journal.pone.0124950

Treu، A.، Zimmer، K.، Brischke، C.، Larnøy، E.، Gobakken، LR، Aloui، F.، Cragg، SM، Flæte، PO، Humar، M.، and Westin، M. (2018) . & # 8220 إسبات أم صحوة الربيع؟ البحث عن متانة الأخشاب وحمايتها في البيئة البحرية رقم 8221 في: المؤتمر العلمي لـ IRG 49 حول حماية الخشب، ساندتون ، جنوب أفريقيا ، ص 1-19.

Tsinker ، G.P (1995). & # 8220 رصيف أثناء الخدمة: تقييم قدرة تحمل الحمولة ، والإصلاح ، وإعادة التأهيل ، & # 8221 هندسة الهياكل البحرية: تطبيقات متخصصة، Springer US، Boston، USA، pp.1-104. DOI: 10.1007 / 978-1-4615-2081-8

توينتي ، يو ، بيبنبورغ ، د. ، وسبيندلر ، م. (2002). & # 8220 حدوث وتسوية دودة السفينة الشائعة Teredo navalis (Bivalvia: Teredinidae) في موانئ بريمرهافن ، شمال ألمانيا ، & # 8221 هيلجولاند للبحوث البحرية 56 (2) ، 87-94. DOI: 10.1007 / s10152-002-0101-7

تيرنر ، ر.د. (1966). مسح وفهرس مصور لـ Teredinidae (Mollusca: Bivalvia)، متحف علم الحيوان المقارن ، كامبريدج ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية. DOI: 10.5962 / bhl.title.67017

فويت ، جي آر (2015). & # 8220 ذوات الصدفتين Xylotrophic: جوانب بيولوجيتها وتأثيرات البشر ، & # 8221 مجلة دراسات الرخويات 81 (2) ، 175-186. DOI: 10.1093 / mollus / eyv008

Wassnig، M.، and Southgate، P.C (2012). & # 8220 آثار إشارات الاستقرار على السلوك والتعلق بالركيزة لمحار اللؤلؤ المجنح المربى في المفرخات (البطريق البطريق) يرقات ، & # 8221 تربية الأحياء المائية 344-349 ، 216-222. DOI: 10.1016 / j.aquaculture.2012.03.020

Westin، M.، Larsson-Brelid، P.، Nilsson، T.، Rapp، A.O.، Dickerson، J.P، Lande، S.، and Cragg، S.M (2016). & # 8220 مقاومة الحفار البحري للخشب الأسيتيل والمغطى بالفرو & # 8211 ينتج عن ما يصل إلى 16 عامًا من التعرض الميداني ، & # 8221 في: وقائع الاجتماع السنوي السابع والأربعين لـ IRG، لشبونة ، البرتغال ، الصفحات 1-9.

ويستن ، إم ، راب ، أ ، ونيلسون ، ت. (2006). & # 8220 اختبار ميداني لمقاومة الأخشاب المعدلة للحفارات البحرية ، & # 8221 علوم وهندسة المواد الخشبية 1 (1) ، 34-38. دوى: 10.1080 / 17480270600686978

ويجمان ، م. (2005). & # 8220 التصاق بلح البحر الأزرق (Mytilus edulis) والبرنقيل (جنس البلانوس): الآليات والتطبيقات التقنية ، & # 8221 العلوم المائية 67 (2) ، 166-176. DOI: 10.1007 / s00027-005-0758-5

ويجمان ، إم ، كواليك ، ت. ، وهارتويج ، أ. (2006). & # 8220 الروابط غير التساهمية هي الآليات الرئيسية لتماسك البرنقيل (Balanus crenatus) بروتينات لاصقة ، & # 8221 علم الأحياء البحرية 149 (2) ، 241-246. DOI: 10.1007 / s00227-005-0219-7

Wiegemann ، M. ، و Watermann ، B. (2004). & # 8220 تأثير الجفاف على التصاق البرنقيل الملتصق بالطلاء غير اللاصق & # 8221 الحشف الحيوي 20 (3) ، 147-153. دوى: 10.1080 / 08927010400001147

ويلكينسون ، جي جي (1979). الحفاظ على الأخشاب الصناعية، أسوشيتد برس ، لندن ، المملكة المتحدة.

ويليامز ، جي آر ، سوير ، جي إس ، كراغ ، إس إم ، وسيم ، جي (2005). & # 8220A مسح استبيان لتحديد تصورات محددات المملكة المتحدة فيما يتعلق بسمات المواد الرئيسية لجهاز ضبط الوقت للاستخدام في هندسة المياه البحرية والعذبة ، & # 8221 مجلة معهد علوم الخشب 17 (1) ، 41-50. DOI: 10.1179 / wsc.2005.17.1.41

تم تقديم المقال: 16 نوفمبر 2018 اكتمال مراجعة النظراء: 17 مارس 2019 تم استلام النسخة المعدلة: 2 أكتوبر 2019 تم القبول: 4 أكتوبر 2019 تاريخ النشر: 11 أكتوبر 2019.


أمراض معدية

يؤثر تغير المناخ على حدوث وانتشار الأمراض في الكائنات الحية البحرية والبرية 221 (الشكل 3) ، اعتمادًا على عوامل اجتماعية واقتصادية وبيئية وعوامل خاصة بالمضيف والممرض 222. يتطلب فهم انتشار المرض وتصميم استراتيجيات المكافحة الفعالة معرفة بيئة مسببات الأمراض ونواقلها ومضيفيها وتأثير عوامل التشتت والعوامل البيئية 223 (الجدول 1). على سبيل المثال ، هناك صلة قوية بين ارتفاع درجات حرارة سطح البحر وأمراض الشعاب المرجانية ، وعلى الرغم من أن آليات المرض ليست واضحة تمامًا لجميع المتلازمات المختلفة ، إلا أن الارتباطات مع مسببات الأمراض الميكروبية موجودة 224،225،226. تتزامن القمم في انتشار المرض مع تواتر التذبذب الجنوبي لظاهرة النينيو (ENSO) 227. على وجه الخصوص ، في بعض أنواع الشعاب المرجانية ، يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة حرارة المحيطات إلى تغيير الميكروبيوم المرجاني ، مما يؤدي إلى تعطيل توازن المضيف المتعايش ، وتحويل الآليات الدفاعية ومسارات دورة المغذيات التي قد تساهم في التبييض والمرض 99. قد يتسبب تحمض المحيطات أيضًا بشكل مباشر في تلف الأنسجة في الكائنات الحية مثل الأسماك ، مما قد يساهم في ضعف جهاز المناعة الذي يخلق فرصًا للغزو البكتيري 228.

يؤثر تغير المناخ الناتج عن الأنشطة البشرية على حياة السكان الأصليين ، مما يمكّن مسببات الأمراض من التسبب بشكل متزايد في المرض. إن التأثير على تربية الأحياء المائية والحيوانات المنتجة للأغذية والمحاصيل يهدد الإمدادات الغذائية العالمية. تزيد الأنشطة البشرية ، مثل النمو السكاني والنقل ، مقترنة بتغير المناخ ، مقاومة المضادات الحيوية لمسببات الأمراض وانتشار مسببات الأمراض المنقولة بالمياه والنواقل ، مما يؤدي إلى زيادة أمراض البشر والحيوانات والنباتات الأخرى.

انخفضت أنواع نجوم البحر بنسبة 80-100٪ بطول

3000 كم من الساحل الغربي لأمريكا الشمالية ، مع حدوث انخفاضات في الذروة أثناء الزيادات الشاذة في درجات حرارة سطح البحر 229. نظرًا لأن نجوم البحر هي مفترسات مهمة لقنافذ البحر ، فإن فقدان الافتراس يمكن أن يتسبب في سلسلة غذائية تؤثر على غابات عشب البحر والتنوع البيولوجي البحري المرتبط بها 229،230. نظرًا لتأثيرات احترار المحيطات على تأثيرات العوامل الممرضة ، تم تطوير أنظمة مراقبة درجة الحرارة لمجموعة واسعة من الكائنات البحرية ، بما في ذلك الشعاب المرجانية والإسفنج والمحار والكركند والقشريات الأخرى ونجوم البحر والأسماك والأعشاب البحرية 231.

يمكن أن يتفاقم تمزق الغابات الناجم عن الجفاف والإجهاد الحراري بسبب مسببات الأمراض 232. بالنسبة للمحاصيل ، تعتبر مجموعة متنوعة من العوامل المتفاعلة مهمة عندما يفكر المرء في الاستجابة لمسببات الأمراض ، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون2 المستويات والتغيرات المناخية وصحة النبات والتفاعلات الممرضة للنباتات الخاصة بالأنواع 233. تتسبب مجموعة كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة في الإصابة بأمراض النبات (الفطريات ، والبكتيريا ، والفيروسات ، والفيروسات ، والفطريات الفطرية) ، وبالتالي يمكن أن تؤثر على إنتاج المحاصيل ، وتسبب المجاعات (على سبيل المثال ، الفطريات الفطرية. إنفستان فيتوفثورا تسبب مجاعة البطاطس الأيرلندية) وهدد الأمن الغذائي 233. وجد تقييم لأكثر من 600 من آفات المحاصيل (الديدان الخيطية والحشرات) ومسببات الأمراض منذ عام 1960 توسعًا نحو القطبين يُعزى إلى تغير المناخ 233. يتم تسهيل انتشار مسببات الأمراض وظهور المرض عن طريق نقل وإدخال الأنواع وتتأثر بتأثيرات الطقس على ظروف التشتت والظروف البيئية للنمو 233.

يمكن أن يزيد تغير المناخ من مخاطر المرض عن طريق تغيير تأقلم العائل والطفيلي 234. بالنسبة للحرارة الخارجية (مثل البرمائيات) ، يمكن أن تزيد درجة الحرارة من التعرض للعدوى ، ربما من خلال اضطراب الاستجابات المناعية. تقلبات درجات الحرارة البيئية الشهرية واليومية التي لا يمكن التنبؤ بها تزيد من قابلية ضفدع الشجرة الكوبي للفطر المسبب للأمراض. Batrachochytrium dendrobatidis. يتناقض تأثير زيادة درجة الحرارة على العدوى مع انخفاض قدرة نمو الفطريات في الثقافة النقية ، مما يوضح أهمية تقييم استجابات المضيف والممرض (بدلاً من الاستقراء من دراسات معدل نمو الكائنات الدقيقة المعزولة) عند تقييم أهمية تغير المناخ 234.

من المتوقع أن يؤدي تغير المناخ إلى زيادة معدل مقاومة المضادات الحيوية لبعض مسببات الأمراض البشرية 236. تشير البيانات من 2013-2015 إلى أن زيادة درجة الحرارة الدنيا اليومية بمقدار 10 درجات مئوية (وهو أمر يمكن تصوره في بعض أجزاء الولايات المتحدة بحلول نهاية القرن) سيؤدي إلى زيادة معدلات مقاومة المضادات الحيوية الإشريكية القولونية, الكلبسيلة الرئوية و المكورات العنقودية الذهبية بنسبة 2-4٪ (حتى 10٪ لبعض المضادات الحيوية) 236. تشمل الآليات الأساسية المحتملة درجات حرارة مرتفعة تسهل النقل الأفقي للجينات للعناصر الجينية المتنقلة للمقاومة ، ومعدلات نمو مسببة للأمراض تعزز الثبات البيئي ، والنقل ، والانتقال 236. النمو السكاني ، الذي يضخم تغير المناخ ، هو أيضًا عامل مهم في المساهمة في تطوير المقاومة 236.

قد تكون مسببات الأمراض البيئية الأخرى التي تنقلها النواقل والأغذية والمحمولة جوا والمياه وغيرها من مسببات الأمراض البيئية عرضة بشكل خاص لتأثيرات تغير المناخ 237،238،239،240 (الجدول 1). بالنسبة للأمراض المنقولة بالنواقل ، سيؤثر تغير المناخ على توزيع النواقل ومن ثم النطاق الذي تنتقل خلاله الأمراض ، وكذلك الكفاءة التي تنقل بها النواقل مسببات الأمراض. تعتمد الكفاءة على الوقت بين تغذية الناقل على مضيف مصاب وبين أن يصبح الناقل معديًا بنفسه. في درجات الحرارة الأكثر دفئًا ، يمكن تقليل هذه المرة بشكل كبير ، مما يوفر المزيد من الفرص للانتقال خلال عمر الناقل. ظهرت بالفعل بعض الأمراض المنقولة بالنواقل ، مثل اللسان الأزرق ، وهو مرض فيروسي هام اقتصاديًا للماشية ، في أوروبا استجابة لتغير المناخ ، ومن المتوقع حدوث فاشيات أكبر وأكثر تواترًا في المستقبل 241. لبعض أنواع العدوى التي تنقلها المياه عن طريق مسببات الأمراض فيبريو spp. ، يرتبط الانتشار باتجاه القطب بزيادة درجة الحرارة العالمية وانخفاض ملوحة البيئات المائية في المناطق الساحلية (مثل مصبات الأنهار) الناتجة عن زيادة هطول الأمطار 242. هذه الظروف المتغيرة يمكن أن تعزز نمو فيبريو النيابة. في البيئة 242. كما ترتبط زيادة درجات حرارة سطح البحر بالزيادة في درجات الحرارة ضمة الكوليرا عدوى في بنغلاديش 243 ، عدوى بالعديد من مسببات الأمراض البشرية فيبريو النيابة. في منطقة بحر البلطيق 242 ووفرة فيبريو النيابة. (بما في ذلك مسببات الأمراض البشرية) في شمال المحيط الأطلسي وبحر الشمال 244.

الملاريا وحمى الضنك من الأمراض المنقولة بالنواقل والمعروف أنها شديدة الحساسية للظروف المناخية ، وبالتالي من المتوقع أن يتغير توزيعهما المكاني استجابة لتغير المناخ 4،141،245. يمكن أن يسهل تغير المناخ انتشار مسببات الأمراض المنقولة بالنواقل عن طريق إطالة موسم الانتقال ، وزيادة معدل تكاثر مسببات الأمراض في الناقل وزيادة عدد البعوض ونطاقه الجغرافي. هذا هو الحال خاصة ل الزاعجة المصرية، الناقل الرئيسي لفيروسات حمى الضنك ، وزيكا ، وشيكونغونيا ، والحمى الصفراء ، والتي تقتصر حاليًا على المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية لأنها لا تستطيع تحمل فصول الشتاء الباردة. بالاقتران مع الأمراض الأخرى التي ينقلها البعوض (مثل حمى غرب النيل والتهاب الدماغ الياباني) والأمراض التي تنقلها القراد (مثل مرض لايم) ، يُتوقع أن يكون ملايين الأشخاص معرضين حديثًا للخطر في ظل تغير المناخ 4238246247248249.

تتأثر العديد من الأمراض المعدية ، بما في ذلك العديد من الأمراض التي تنقلها النواقل والمياه ، بشدة بتقلب المناخ الناجم عن الظواهر المناخية واسعة النطاق مثل ظاهرة النينيو ، التي تعطل أنماط هطول الأمطار العادية وتغير درجات الحرارة في حوالي ثلثي الكرة الأرضية كل بضع سنوات. تم الإبلاغ عن ارتباطات مع ENSO للملاريا وحمى الضنك ومرض فيروس زيكا والكوليرا والطاعون ومرض الخيول الأفريقية والعديد من الأمراض البشرية والحيوانية الهامة الأخرى 250،251،252،253،254.

تمت دراسة تكيف الأنواع مع بيئتها المحلية بدرجة أقل في الكائنات الحية الدقيقة مقارنة بالحيوانات (بما في ذلك البشر) والنباتات ، على الرغم من أن آليات وعواقب التكيف قد تمت دراستها في التجمعات الميكروبية الطبيعية والتجريبية 255. تتكيف مسببات الأمراض الفيروسية والبكتيرية والفطرية للنباتات والحيوانات (مثل المحاصيل والبشر والماشية) مع العوامل غير الحيوية والحيوية (مثل درجة الحرارة ومبيدات الآفات والتفاعلات بين الكائنات الحية الدقيقة ومقاومة المضيف) بطرق تؤثر على وظيفة النظام البيئي وصحة الإنسان والغذاء الأمن 255. يتم توضيح التغذية الراجعة الدورية بين الاستجابة الميكروبية والنشاط البشري بشكل جيد من خلال أنماط التكيف للفطريات الزراعية المسببة للأمراض 256. نظرًا لأن النظم الإيكولوجية الزراعية لها سمات عالمية مشتركة (على سبيل المثال ، الري واستخدام الأسمدة والأصناف النباتية) وسفر البشر ونقل المواد النباتية بسهولة لتفريق مسببات أمراض المحاصيل ، فإن مسببات الأمراض `` المتكيفة بالزراعة '' لديها إمكانية أكبر للتسبب في الأوبئة وتشكل تهديدًا أكبر لإنتاج المحاصيل من السلالات التي تحدث بشكل طبيعي 256. إن قدرة مسببات الأمراض الفطرية على توسيع نطاقها وغزو موائل جديدة من خلال التطور لتحمل درجات الحرارة المرتفعة تؤدي إلى تفاقم التهديد الذي تشكله مسببات الأمراض الفطرية على كل من النظم البيئية الطبيعية والزراعية 257.


4 التحدي: عرض الديناميكيات الزمنية والمكانية لمعلمات النموذج

تميل نماذج سطح الأرض إلى وجود عدد كبير من المعلمات. حوردين وآخرون (2017) أن نماذج الغلاف الجوي ، بشكل عام "تأسست على فيزياء مفهومة جيدًا جنبًا إلى جنب مع عدد من تمثيلات العمليات الإرشادية." على النقيض من ذلك ، تجمع LSMs العديد من العمليات الفيزيائية (غالبًا ما تعتمد على عدم التجانس المعقد للسطح ، كما هو موضح سابقًا) مع عدد كبير من العمليات البيولوجية التي تعمل من حيث المبدأ على المستوى الجزيئي ، وبالتالي فهي غير عملية لتمثيلها على نطاقها الأصلي . يتم تغليف هذه العمليات كمعلمات ، وغالبًا ما تتم صياغتها على نطاق الملاحظات ذات الصلة (على سبيل المثال ، الأوراق الفردية أو الأشجار). تساهم هذه المعلمات في نموذج عدم اليقين بعدة طرق مختلفة ، والتي سنصفها أدناه ، كمجموعة من المشكلات المتميزة لعدم اليقين البارامترية التي نشير إليها هنا باسم "الديناميات البارامترية".

من الناحية المثالية ، يجب أن تستخدم النماذج القائمة على العمليات قيم معلمات الإدخال التي تمثل خصائص النظام الثابتة في الزمان والمكان (Hourdin et al. ، 2017). بالنسبة لسمة النبات أو خاصية النظام البيئي التي لوحظ أنها تختلف في الزمان والمكان ، فإن اختيار ما إذا كانت معلمات النموذج يجب أن تمثل إما القيمة المتوسطة لتلك السمة ، ومعلمات العلاقة المرصودة للسمة مع البيئة ، ومعلمات النموذج التي تحسن ذلك السمة فيما يتعلق بالبيئة ، أو مجموعة كاملة من المعلمات التي تمثل أنواعًا بديلة من النباتات التي يمكن اختيارها وفقًا للبيئة أو ضدها ، هو سؤال مفتوح. وبالتالي ، فإن المناقشة المثالية حول جوانب النظم الإيكولوجية التي يمكن ولا يمكن اعتبارها "معلمات" تظل إلى حد كبير خارج نطاق LSMs.

4.1 عدم اليقين البارامترية والتركيب

المشكلة الأولى في عدم اليقين البارامتري هي الأبسط: كيف نختار مجموعة من المعلمات التي تعطي توافقًا كبيرًا بين تنبؤات النموذج ومجموعة واسعة من مجموعات البيانات؟ في حين أنه من السهل القول ، فإن العدد الكبير من درجات الحرية يجعل من الصعب حل هذه المشكلة في الممارسة العملية. تم بذل العديد من الجهود لتحسين المعلمات في نماذج سطح الأرض ، باستخدام مجموعة متنوعة من مناهج بايز مع مقدمات تأتي من سمات نباتية أو بيانات أخرى (LeBauer et al. ، 2013) ، واستنادًا إلى التحسين لملاءمة العديد من مجموعات البيانات المختلفة ، بما في ذلك التحسين النماذج الهيدرولوجية مقابل بيانات التدفق (K. Beven & Binley ، 1992) ، وتناسب معلمات تبادل الغاز لبيانات التغاير الدوامة (Mäkelä et al. ، 2019 Post et al. ، 2017) أو باستخدام المحاكيات (Fer et al. ، 2018 Sargsyan et al. . ، 2014) أو يضاف إلى نماذج سطح الأرض الكاملة (Verbeeck et al. ، 2011) لتحسينها مقابل ملاحظات التغاير الدوامة. ومع ذلك ، بسبب الأبعاد العالية للمعلمات ، فإن مثل هذه الجهود تصطدم عادةً بحاجز المساواة: تشغيل نموذج مع العديد من مجموعات مختلفة من المعلمات يمكن أن يؤدي إلى ملاءمة جيدة للبيانات ، وهذه النماذج الجيدة بنفس القدر قد تؤدي إلى نتائج متباينة على نطاق واسع تحت ظروف جديدة (Tang & Zhuang ، 2008).

يتمثل أحد الحلول الممكنة لهذا في تحسين معلمات النماذج مقابل أنواع متعددة من البيانات في وقت واحد ، للسماح بالفصل عن طريق العمليات التي تعمل على نطاقات زمنية مختلفة أو على جوانب مختلفة من تنبؤات النموذج ، كما فعل MacBean et al. (2016). إن توسيع مثل هذه الأساليب لتغطية مجموعة كبيرة من العمليات والمعلمات ذات الصلة بتنبؤات LSM يمثل في حد ذاته تحديًا هائلاً. علاوة على ذلك ، يؤدي الاستيعاب المباشر لبيانات المعايرة (Kaminski et al. ، 2013) أيضًا إلى أسئلة فلسفية تتعلق بتفسير قياس الأداء ومقاييس الأداء (Collier et al. ، 2018 DM Lawrence et al. ، 2019) ، والتي استخدمها LSM المجتمع لم يواجه بعد بشكل منهجي.

تتمثل المشكلة الأساسية في LSMs في أن التحيزات في جزء واحد من نموذج مقترن معقد يمكن أن تقوض المعايرة الفعالة للمكونات الأخرى. من حيث المبدأ ، قد يسمح تبني إطار نمطية أكثر شمولاً (القسم 2 والشكل 2) بمعايرة بعض العمليات الفردية بمعزل عن شروط الحدود المنصوص عليها من الملاحظات أو منتجات البيانات (Kemp et al. ، 2014). استخدمت العديد من دراسات المعايرة الحالية بشكل ضمني إصدارات منخفضة التعقيد من نماذج دورة الكربون ، على سبيل المثال ، Bloom et al. (2016). إن توسيع هذا المفهوم قد يسهل التخفيضات الضرورية في الأبعاد المطلوبة لجعل هذه المشكلة أكثر قابلية للتتبع.

4.2 تحدي الأنظمة الحية: توقع التغيرات في خصائص النظام البيئي

بعيدًا عن مشكلة تحسين المعلمات ، يكمن تحدٍ أعمق: يتم تحديد العديد من الخصائص الرئيسية لمقياس المظلة لسطح الأرض من خلال سمات النباتات أو الكائنات الحية الأخرى (Kattge et al. ، 2020) ، والتي قد تختلف اختلافًا كبيرًا في تنوعها الوظيفي عبر بقع متجانسة نسبيًا من الأرض. نظرًا لأن النباتات تنمو باستمرار وتموت وتتكاثر وتتنافس على الموارد ، فإن هذه الفسيفساء التركيبية هي أيضًا ديناميكية في الوقت المناسب. وبالتالي ، في ظل التغييرات الكبيرة في البيئة الجارية حاليًا ، نتوقع استجابات معقدة في تكوين مجتمع النبات في أي موقع محدد - بالإضافة إلى تشكيل فئة رئيسية من التأثيرات البيئية التي يجب فهمها في حد ذاتها - تحدد توزيع النبات السمات (على النحو المحدد على نطاق المظلة) وديناميات سطح الأرض.

وبالتالي ، يجب أن نقرر طرقًا للتنبؤ بكيفية تحول وظيفة النبات على مستوى المجتمع استجابةً للتغير العالمي. يمكن تصنيف مناهج هذه المشكلة تقريبًا إلى ثلاثة أنواع: مترابط ، ومحسن ، وتنافسي (الشكل 5).

تأخذ المناهج الترابطية علاقات ملحوظة تجريبياً بين المتغيرات البيئية وقيم السمات ، وتؤكد أن هذه العلاقات محفوظة في ظل التغيير العالمي. توجد العديد من المتغيرات المختلفة حول هذه الحجة. استخدمت نماذج الغطاء النباتي الديناميكي المبكر (Sitch et al. ، 2003 Woodward & Lomas ، 2004) نسخة منفصلة من PFT من هذا المنطق ، حيث تكون توزيعات PFT مقيدة بمؤشرات مناخية حيوية ، وحددت كل PFT مجموعة من السمات في نموذج سطح الأرض. تغير المناخ ، تغيرت تغطية PFT معها ، والتي بدورها غيرت المعلمات التي تمثل العمليات النباتية للنموذج في خلية شبكة معينة. الإصدارات الأكثر حداثة من هذا النهج تعزل سمات محددة يُلاحظ بوضوح أنها تختلف كدالة للبيئة خلال عمر النبات الفردي ، وتسمح لها بالتنوع في الزمان والمكان ووظيفة الظروف البيئية. تشمل الأمثلة التأقلم الحراري لحساسية الأوراق في التركيب الضوئي ودرجة حرارة الجهاز التنفسي (Atkin et al. ، 2015 Kumarathunge et al. ، 2019 Lombardozzi et al. ، 2015 Slot et al. ، 2014) ، والنماذج التي تحدد أنماط التخصيص (Thornton et al. ، 2007) ، وتثبيت N (Thornton et al. ، 2007) ، ومعدلات الوفيات الجذعية (Delbart et al. ، 2010) كلها وظائف NPP ، أو علاقات عامة أكثر بين سمات النبات والمناخ كما تم استنتاجه عبر سمات متعددة (Butler et al. .، 2017 van Bodegom et al.، 2014 Verheijen et al.، 2015).

يعمل تحسين المناهج ، من حيث المبدأ ، من خلال تقييد التنبؤات الخاصة بقيم سمات النبات مع مبدأ أن التطور والديناميكيات التنافسية يجب أن تكون قد اختارت قيم السمات التي تمنح أعلى "لياقة" في بيئة معينة. وبالتالي ، يمكن للمرء أن يفترض أن هذه القيم المثلى هي تلك التي من المرجح أن تكون موجودة. الشرط الأساسي لمثل هذه الأساليب هو أن تكون قادرًا على تحديد علاقة وظيفية للتكاليف والفوائد (أو معايير اللياقة) لقيمة سمة معينة على أنها مشروطة بالبيئة ، والتي يمكن بعد ذلك تحسينها. مثل الأساليب المترابطة ، فإن الأساليب المثلى تضع افتراضًا للتكيف السريع مع التباين البيئي ، وبالتالي قد تكون صالحة فقط للسمات التي يمكن إظهار أنها تختلف على مدار عمر النبات الفردي. تتضمن أمثلة الأدبيات الموسعة حول نظرية الأمثلية النباتية التنبؤ بتخصيص نيتروجين الأوراق لعمليات التمثيل الغذائي في ظل ظروف بيئية مختلفة (Smith et al. ، 2019 C. Xu et al. ، 2012) ، استجابة نيتروجين المظلة إلى CO.2 الإخصاب (فرانكلين ، 2007 فرانكلين وآخرون ، 2009) ، التحكم في الثغور لزيادة الاستيعاب مع تجنب التجفيف (Bonan et al.، 2014 Eller et al.، 2018 Kennedy et al.، 2019 Medlyn et al.، 2011 Williams et al. ، 1996 Wolf et al. ، 2016 X. Xu et al. ، 2016). وانغ وآخرون. (2017) توقع أول أكسيد الكربون الداخلي2 التوازن على أساس نموذج يحسن الاستيعاب مع مراعاة تكاليف نقل المياه وامتصاص المغذيات ، و Street et al. (2012) يوضح أن ملفات تعريف N في الستائر القطبية الشمالية تتوافق مع نظرية التخصيص الأمثل التي يتم التحكم فيها بواسطة ملفات تعريف الضوء المنتشرة. تعتمد جميع مقاربات التحسين على تحديد وكيل اللياقة الذي يجب تعظيمه (وهو أمر غير مؤكد ، وفقًا لـ Caldaru et al. (2019)) ، وتعريف النطاق الزمني الذي يكون التحسين مناسبًا فيه ، وافتراضًا يتعلق بالحدود الفسيولوجية من التحسين والجداول الزمنية التي يمكن من خلالها تحقيق ذلك. يُفترض أن التحسين ، لأغراض مختلفة ، يحدث على مستويات من عمر نبات واحد ، إلى النطاق الزمني لتكييف نظام بيئي كامل مع مناخه السائد. قد تتباطأ قدرة النظم الإيكولوجية بأكملها على التغيير السريع لوظائفها في ظل مناخ متغير (خاصة تلك التي تهيمن عليها الأشجار طويلة العمر) بسبب معدل التغيير الديموغرافي وهجرة الأفراد الأكثر تكيفًا إلى النظام ، وبالتالي ربما ينبغي النظر إلى النهج المثلى على أنها حالة التوازن المحتملة للنظام (مع التنبيه إلى أن الإستراتيجية المثلى للأفراد لا تمثل بالضرورة الإستراتيجية التطورية المستقرة ضمن إطار عمل تنافسي (Dybzinski et al.، 2011).

تتناول المناهج التنافسية بشكل مباشر أكثر الحاجة إلى محاكاة التركيبة السكانية لحالات النظام البيئي العابر. بدلاً من تحسين وظيفة معينة ، تحاول المناهج التنافسية حل الديناميكيات السكانية للوكلاء الفرديين ، والتنافس على الموارد في سياق البيئة. وبالتالي ، فإن ديناميكيات السكان نفسها تعمل على إيجاد القيم المثلى بين مجموعة من قيم السمات المحتملة من مجموعة الأنواع المتنافسة. قد تتراوح ديناميكيات المنافسة من تركيبات من نوع Lotka-Volterra مع العوامل المنافسة التي تتكون من نباتات من PFT معين (Cox ، 2001 Harper et al. ، 2016) إلى نماذج ديموغرافية أو فردية حيث يكون الوكلاء إما مجموعات من النباتات التي تم حل حجمها أو النباتات الفردية التي تتنافس على المساحة في المظلة والموارد الأخرى (Christoffersen et al.، 2016 Moorcroft et al.، 2001 Purves et al.، 2008 Sakschewski et al.، 2015 Scheiter et al.، 2013). تتمثل مزايا هذا النهج في أنه يمكن من حيث المبدأ التقاط النطاقات الزمنية لتعديل المجتمع للتغير العالمي ، فضلاً عن أنه لا يتطلب تقديرًا مسبقًا لوظيفة الملاءمة ليتم تحسينها ، وبالتالي قد يكون قابلاً للتطبيق على نطاق أوسع من السمات ، أو التفاعلات بين السمات ، من الأساليب المثلى أو المترابطة. يتمثل التحدي الكبير لهذه المنهجية في الحفاظ على التنوع الوظيفي ، خاصة في النماذج التي لا تشمل على وجه التحديد العديد من الآليات المعروفة لتحقيق الاستقرار في عمليات الاستبعاد التنافسية بين النباتات ذات الملاءمة التفاضلية (Chesson ، 2000 Gravel et al. ، 2011) ، وكذلك عمليات التشتت المكاني ، وتقسيم الموارد عالي الأبعاد والتأثير المعتمد على الكثافة لـ "الأعداء الطبيعيين" على الاستقرار الديموغرافي. وبالتالي ، يعد التحقيق في الحفاظ على التنوع الوظيفي في نماذج الغطاء النباتي الديموغرافي مجالًا ناشئًا للبحث في هذا المجال (Falster et al.، 2017 Fisher et al.، 2018 Koven et al.، 2019 Maréchaux & Chave، 2017 Powell et al.، 2018).

يتمثل التحدي الآخر في الأساليب التنافسية في فهم أفضل لكيفية ارتباط تعريف PFTs في نموذج معين بالتنبؤات النموذجية. مع نمو تعقيد النموذج ، أصبحت هذه التعريفات أكثر تعقيدًا ، من المناهج المبكرة التي كانت تساوي PFTs مع المناطق الأحيائية إلى الأساليب الأحدث التي تحدد PFTs عبر محاور متعددة لتغير السمات. تتعلق التحديات الرئيسية بالطرق المحددة التي يتم من خلالها تحديد تباين السمات المستمر ومتعدد الأبعاد في محاور تنسيق السمات التي تحدد PFTs ، بما في ذلك (1) عدد المحاور اللازمة للتمييز بين مجموعة شاملة من PFTs اللازمة لحل مشكلة معينة ، ( 2) كيف يتم تحديد هذه المحاور من ملاحظات السمات مع الأخذ في الاعتبار كل من المفاضلات الممثلة وغير الممثلة التي قد تمنع الهيمنة من قبل أي PFT (Sakschewski et al.، 2015 Scheiter et al.، 2013) و (3) إلى أي مدى ينبغي مجموعة من PFTs المحتملة تحل أي محور معين لتغير السمات؟

نحدد ثلاثة فلسفات بديلة ، ولكن ليست بالضرورة متنافسة ، لمعالجة ديناميكيات سمات الكائن الحي - وبالتالي خصائص النظام البيئي - في الزمان والمكان. من حيث المبدأ ، يمكن دمج كل هذه الأساليب (الترابطية والتحسين والتنافسية) في نموذج سطح أرض معين ، لكن النظرية الخاصة بكيفية القيام بذلك لم يتم تطويرها جيدًا. بالنسبة لأي سمة معينة ، فإن إدراج درجة عالية من اللدونة من خلال نهج مترابط أو محسن من شأنه أن يقلل من الدور الذي تلعبه هذه السمة في تحديد النتائج التنافسية. من حيث المبدأ ، لتعكس الواقع على أفضل وجه ، يمكن من حيث المبدأ دمج الاستجابات البلاستيكية للمناخ الملحوظة خلال العمر ضمن النهج الديموغرافية التنافسية لإسقاط توزيعات السمات حيث لا توجد مثل هذه المرونة على المستوى الفردي.

لالتقاط ديناميكيات السمات على نطاقات زمنية لأجيال عديدة (أو لأخذ تحسين ملاءمة النبات في ظل وجود المنافسة في الاعتبار بشكل صحيح) ، سيتطلب تضمين النماذج الديموغرافية في تمثيلات تطور السمات (بما في ذلك الطفرة والاختيار) ، لكل (Falster et آل ، 2017 Scheiter et al. ، 2013). هذا الاعتبار ، جنبًا إلى جنب مع الحاجة إلى تعزيز التعايش بين الأنواع الوظيفية داخل النماذج التنافسية ، يشير إلى حاجة محددة لفتح حوار أكبر مع التخصصات الأخرى المنفصلة سابقًا في علم البيئة. يتم أيضًا تحفيز مجال التنوع البيولوجي ووظيفة النظام البيئي ، على سبيل المثال ، من خلال تحسين فهم الوسائل التي قد تمنح أو لا تمنح الاختلافات الوظيفية داخل المجتمعات الموجودة من الأنواع مقاومة و / أو مرونة للتغيرات المناخية (Hooper et al.، 2005 Isbell وآخرون ، 2015 Turnbull et al.، 2013 Yachi & Loreau، 1999). التفاعلات بين منظري التعايش ومصممي نماذج سطح الأرض نادرة ، وهي حالة نأمل أن تتحسن مع نضوج أدواتنا البيئية عند تقاطع هذه الحقول.


المواد والأساليب

الحيوانات

السرطانات المائية

السرطانات الزرقاء Callinectes sapidus (Rathbun) (عائلة Portunidae) ، تم اختيارها لهذه الدراسة لأنها كبيرة ونشطة ومائية للغاية ، مع درع هيدروديناميكي والزوج الخامس من pereopods على شكل مجداف ومتخصص في السباحة (Blake ، 1985). تم جمع السرطانات الصغيرة إلى المتوسطة ، ذكور وإناث (23-57 مم عرض درع ، 1.5-22 جم) من ماسونبورو ساوند ، ويلمنجتون ، نورث كارولاينا ، الولايات المتحدة الأمريكية ، في عام 2004. سرطان البحر الكبير "مقشر" (في غضون 2-3 أيام من الذوبان) يتراوح عرض الدرع من 63 إلى 112 ملم (48–134 جم) من مورد في Wanchese ، نورث كارولاينا ، الولايات المتحدة الأمريكية ، في عام 2004. تم الحفاظ على السرطانات الحية في أحواض مياه البحر الفردية عند درجة حرارة 19 درجة مئوية وملوحة 15- 20 جزء لكل تريليون (مياه البحر الاصطناعية للمحيطات الفورية ، Aquarium Systems Inc. ، مينتور ، أوهايو ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم فحص سرطان البحر المقشر كل ساعتين لبداية النضح ، بينما تم فحص السرطانات الصغيرة والمتوسطة عدة مرات يوميًا. من أجل الاختبار الميكانيكي ، تم شراء سبعة سرطانات كبيرة من الإناث (بعرض 109-127 مم) مباشرة من السوق المحلية في سان دييغو ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية ، في عام 2018 وتم التخلص منها في الثلاجة بدرجة حرارة -20 درجة مئوية مباشرة قبل الاختبار الميكانيكي.

السرطانات الأرضية

سلطعون الأرض بلاكباك ، Gecarcinus lateralis (Freminville) (عائلة Gecarcinidae) ، تم اختيارها لهذه الدراسة لأنها كبيرة وذات أرضية عالية ، وتعيش في الجحور وتعود إلى الماء فقط لتبيض. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تتساقط بدون الدعم الطافي للماء (Bliss and Mantel ، 1968 Bliss et al. ، 1978 Hartnoll ، 1988).تم جمع ذكور وإناث السرطانات البرية (عرض درع 40-60 مم ، 31-71 جم) من محمية فاجاردو ، فاجاردو ، بورتوريكو ، في يونيو 2003 وأغسطس 2004 وشحنها إلى جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل ، نورث كارولاينا ، الولايات المتحدة الأمريكية. تم الحفاظ على السرطانات في غرف بيئية عند 27 درجة مئوية على ضوء 12 ساعة: 12 ساعة مظلمة. تم استخدام المرطبات للحفاظ على رطوبة الغرفة في حدود 60-90٪. تم إيواء السرطانات الفردية في حاويات بلاستيكية منفصلة مع الرمال المبللة وأطباق من الماء. تم تنظيف الحاويات وإطعام السرطانات بالجزر والخس مرتين في الأسبوع وطعام القطط مرة واحدة في الأسبوع مع تغيير الرمل بانتظام.

لا تحتوي السرطانات الأرضية السوداء الظهر على تغيرات خارجية في اللون تشير إلى تساقط الشعر مثل السرطانات الزرقاء (أوتويل ، 1980) ، لذلك تم تقدير القرب من القشرة من خلال مراقبة نمو تجدد الأطراف (Bliss and Mantel ، 1968 Skinner and Graham ، 1972). للحث على تجديد الأطراف ، تمت إزالة ساق واحدة (pereopod 5) من كل سلطعون عن طريق حقن كمية صغيرة من الماء المقطر في قاعدة الساق.

للاختبار الميكانيكي ، ثماني عينات من G. الوحشي تم الحصول عليها (بعرض 44-60 مم) في عام 2018 من مستعمرة في جامعة ولاية كولورادو وتم شحنها إلى معهد سكريبس لعلوم المحيطات على الجليد الجاف وخضع للاختبار الميكانيكي على الفور.

القياسات المورفولوجية

تم الجمع بين ذكور وإناث سرطان البحر للتحليل لزيادة حجم العينة ولأن ازدواج الشكل معروف فقط في المخالب والبطن (Haley، 1969، 1973 Herreid، 1967 Huxley، 1931). فقط السرطانات التي خضعت لعملية طرح ، بدت سليمة ولم تمس جميع الزوائد. تم أخذ قياسات المرحلة الهيدروستاتيكية فورًا بعد الانصهار (1-3 ساعات) بينما تم أخذ قياسات المرحلة الصلبة بعد النزول من 1 إلى 4 أسابيع. تم حساب الوقت اللاحق من وقت اكتمال التفريغ. تم قياس كتلة السرطان باستخدام ميزان قبل إزالة أي طرف. Callinectes sapidus تم تربيتهم جافًا ووزنه في الهواء.

تمت إزالة Pereopod 3 (أي أكبر ساق ، غالبًا ما تقود في حركة جانبية) عند مفصل coxal-basal وتم قياس طول وعرض وارتفاع مقطع Merus باستخدام الفرجار الرقمي. تم أخذ قياسات طول Merus في خط الوسط على الجانب الأمامي من المقطع ، باستخدام المعالم للاتساق. تم قياس ارتفاع وعرض Merus في مركز المقطع. ل G. الوحشي، تم تحديد عرض merus في الجزء الأوسع ، بطني قليلاً إلى خط الوسط. تم تكرار جميع القياسات 3 مرات ، مع الخطأ القياسي للقياسات (sem) أقل من 0.01.

بالنسبة لقياسات سماكة البشرة ، تم بعد ذلك تثبيت Merus المقاس إما في الفورمالين بنسبة 10٪ ومياه البحر من أجل C. سابيدوس أو 10٪ فورمالين وماء منزوع الأيونات لـ G. الوحشي. تمت إزالة جميع العينات الثابتة من الفورمالين بعد عدة أيام ووضعها في محلول فوسفات سورنسن 0.065 مول لتر -1 للتخزين. تم قطع Merus بشكل مستعرض في خط الوسط. تم قياس سماكة البشرة الصلبة باستخدام مجهر تشريح بميكرومتر للعين. تم أخذ ثلاثين قياسًا حول محيط المقطع وتم فصلها إلى أرباع: أمامية ، وخلفية ، وظهرية ، وبطنية. قياسات متوسط ​​سماكة البشرة (تي) بطريقتين لتعكس الانحناء على محورين: تيارتفاع هو متوسط ​​الجانبين الظهري والبطني من merus ، بينما تيالعرض هو متوسط ​​الجانبين الأمامي والخلفي.

كانت البشرة الناعمة لحيوانات المرحلة الهيدروستاتيكية رقيقة جدًا بحيث لا يمكن قياسها بدقة باستخدام الفرجار ، وبالتالي تم قياسها باستخدام الفحص المجهري متحد البؤر المسح بالليزر. تم قطع قسم مستطيل من منتصف الجانب الأمامي من Merus وتمت إزالة اللحمة بعناية باستخدام فرشاة الرسم. تم بعد ذلك غمر عينات بشرة في بولي- l -lysine لمدة 20 دقيقة للمساعدة في التصاق حبات اللاتكس الصفراء الخضراء الفلورية (L2153 ، Sigma-Aldrich ، Inc. ، St Louis ، MO ، الولايات المتحدة الأمريكية) على الأسطح الداخلية والخارجية للبشرة. بعد الغمر في poly- l -lysine ، تم غمس العينات في تعليق من حبات اللاتكس ، ووضعها على شرائح مجهرية ومغطاة. تم قياس السماكة من أ ض-سلسلة المحور في مجهر متحد البؤر كمسافة بين الخرزات على الأسطح الداخلية والخارجية لعينة البشرة. لكل عينة بشرة ، تم أخذ 10-30 قياسات ثم حساب المتوسط.

اللحظة الثانية من المنطقة

اللحظة الثانية من المنطقة ، أنا، تم حسابه من صور المجهر الرقمي لمقاطع Merus التي تم التقاطها في منتصف المقطع. تم تحديد بشرة مصورة وحذف جميع المواد غير الجلدية ، مع تحويل الصورة النهائية إلى تدرج رمادي باستخدام Adobe Photoshop CS6 الإصدار 13.0. تم حساب اللحظة الثانية لمساحة البشرة باستخدام دالة هندسة الشرائح لـ BoneJ (Doube et al. ، 2010) في ImageJ (الإصدار 1.51j8).

تصلب الانحناء

ملخص المتغيرات المقاسة للجامدة والهيدروستاتيكية كالينيكتس سابيدوس و جيكارسينوس الوحشي

bcRcHw3g __ & ampKey-Pair-Id = APKAIE5G5CRDK6RD3PGA "/>

تم فصل Pereopod 3 عند مفصل coxal-basal باستخدام مقص تشريح. ثم تمت إزالة الأجزاء البعيدة عند الرسغ ، وتركت المِرْص والمفاصل المجاورة سليمة. تم وضع الوحدة القاعدية - الإسكية - ميرال في قالب كتلة من السيليكون ، مثبتة بشكل مستقيم ومستقيم عبر شوكات القالب ، ومليئة بالإيبوكسي (EpoxiCure ، Buehler ، Lake Bluff ، IL ، الولايات المتحدة الأمريكية) بحيث تم دمج 2-3 مم من Merus في الايبوكسي. تم وضع العينات في حاوية مغلقة ومغطاة بمنشفة ورقية مبللة بمياه البحر لإبقائها رطبة أثناء معالجة الإيبوكسي طوال الليل. تم إجراء الاختبار الميكانيكي في صباح اليوم التالي بعد التأكد من أن العينات مضمنة بشكل آمن مع عدم وجود حركة مشتركة. تم الاحتفاظ بالعينات رطبة طوال الاختبار.

تم اختبار مقاطع Merus في الانحناء الكابولي عن طريق تثبيت الأطراف المضمنة في مقابض فولاذية بحيث يتم تمديد Merus أفقياً ويتم ثنيها على طول المحور الظهري البطني. تم تطبيق الحمل بشكل عمودي على السطح الظهري للمرأ بالقرب من النهاية البعيدة (على مسافة 5 ٪ تقريبًا من النهاية البعيدة). تم إجراء الاختبارات في جهاز اختبار ميكانيكي عالمي (E1000 ، Instron ، Norwood ، MA ، الولايات المتحدة الأمريكية) مجهز بخلية تحميل ثابتة 50 N (نموذج 2530-437 ، 0.5 كيلو نيوتن كحد أقصى ، دقة 0.125 نيوتن ، إنسترون). تم تطبيق الحمل حتى انحراف بنسبة 10 ٪ من طول الملحق بمعدل 20 مم دقيقة -1 ، مع تسجيل القوة والانحراف بشكل مستمر. تم إجراء سلسلة من ثلاثة اختبارات على كل عينة ومتوسطها. تم حساب صلابة الانحناء لكل اختبار باستخدام Eqn 2 مع افتراضات الشكل المقطعي المنتظم وعدم القص.

قوة الانحناء

صلابة الشد بشرة

تمت إزالة pereopods المقابلة من نفس عينات السلطعون المستخدمة في قياسات صلابة الانحناء ، والتي تم حفظها لاحقًا في المجمد (-20 درجة مئوية) لمدة 4 أشهر تقريبًا قبل الاختبار. تم قطع عينات مستطيلة من بشرة (بعرض حوالي 4 مم وطول 15-20 مم) من سطح Merus الخلفي وتنظيفها برفق من الأنسجة الرخوة باستخدام فرشاة رسم. بالنسبة لاختبارات الشد ، تم وضع كل طرف من عينة البشرة بين مقابض ألمنيوم مربعة مقاس 19 مم × 19 مترًا باستخدام مادة لاصقة سيانو أكريليت لزيادة المرفق. تم بعد ذلك وضع المقابض بشكل آمن بين مقابض الشد الفولاذية لجهاز اختبار ميكانيكي عالمي (E1000 ، Instron) مزود بخلية تحميل ثابتة 50 N (نموذج 2530-437 ، 0.5 كيلو نيوتن كحد أقصى ، دقة 0.125 نيوتن ، إنسترون) ، بحيث تم شد العينات في الاتجاه الطولي. أجريت اختبارات الشد بمعدل 5 مم دقيقة -1 حتى الفشل ، مع تسجيل القوة والإزاحة بشكل مستمر.

تم إنشاء منحنيات الإجهاد والانفعال لكل عينة بشرة. تلك ل C. سابيدوس كانت عادةً على شكل J ، في حين أن تلك الخاصة بـ G. الوحشي كانت خطية (الشكل S1). معامل يونج للمرونة (أي الصلابة) ، ه، لذلك تم تقديره باستخدام معامل الظل ، والذي تم قياسه على أنه منحنى الإجهاد والانفعال بين 10٪ و 50٪ من الإجهاد عند الفشل.

الضغط الهيدروليكي

تم استخراج خط الأساس الداخلي وضغط الذروة من البيانات التي تم جمعها خلال التجارب السابقة (Taylor and Kier ، 2003 ، 2006). تم وضع السرطانات الفردية في خزان تجريبي وتم تقييدها بأشرطة فيلكرو لمنع الحركة. تم إدخال إبرة قياس 23 مع قسطرة متصلة بمحول ضغط (BLPR ، World Precision Instruments ، ساراسوتا ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية) في Merus من cheliped بحيث سجلت ضغطًا في مساحة hemocoelic أسفل الغشاء المفصلي بالقرب من Merus - مفصل كاربوس. تم توصيل محول الضغط بمضخم الصوت والكمبيوتر عبر بطاقة A / D. تم إجراء معايرة لمحول طاقة الضغط قبل وبعد كل سلسلة من التجارب. تم إجراء تسجيلات الضغط بمعدل 65 هرتز باستخدام برنامج الحصول على البيانات (Dataq ، Akron ، OH ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم قياس الضغط الداخلي بـ 12 C. سابيدوس (الكتلة: 74.7-152.7 جم) و 14 G. الوحشي (الكتلة: 16.9-54.7 جم).

التحليلات

تم تصحيح كل معلمة تم قياسها لحجم الجسم والقياس التباين عن طريق الضبط على كتلة الجسم القياسية (يشار إليها هنا بالمتوسط ​​المعدل). ثم تم اختبار الوسائل المعدلة من أجل الحالة الطبيعية والتجانس قبل مقارنتها بين الأنواع باستخدام أي من الذيل ر-اختبارات مان ويتني مع تعديل Bonferroni α = 0.048. يتم تقديم البيانات الموجزة كوسائل ± sd. ن يشير إلى عدد الأفراد من كل نوع تم اختباره. نطاق حجم C. سابيدوس اشتملت على أفراد أصغر من G. الوحشي لذلك ، لتمكين المقارنة على نفس المقياس ، فإن مجموعة البيانات الخاصة بـ C. سابيدوس تم اقتطاعه (فقط الحيوانات ذات كتلة الجسم و GT20 جم) لتحليلات القياس ، على الرغم من تضمين جميع البيانات في الأرقام واستخدامها لمقارنة الوسائل المعدلة بين الأنواع. تم تحديد علاقات القياس أيضًا باستخدام مجموعة البيانات الكاملة لـ C. سابيدوس ويتم توفيرها في الجدول S1.

تم تحديد علاقات القياس بين جميع المتغيرات المقاسة باستخدام كل من المربعات الصغرى العادية (OLS) وانحدار المحور الرئيسي المنخفض (RMA) على البيانات المحولة بالسجل باستخدام نموذج 2 الحزمة (http://CRAN.R-project.org/package=lmodel2) في R (3.0.2). توصف علاقات القياس على أنها وظائف قوة في شكل ص = أ م ب ، أو في شكل خطي من السجل ذ= سجلأ+بسجلم، أين ذ هو متغير الفائدة ، أ هو التقاطع ، ب هو الأس القياس ، أو المنحدر ، و م هي كتلة الجسم. ال نموذج 2 تحسب الحزمة المنحدرات والاعتراضات ، جنبًا إلى جنب مع فواصل الثقة 95٪ (CIs). كانت انحدارات RMA و OLS متشابهة بالنسبة لبعض المتغيرات ولكنها مختلفة بالنسبة للبعض الآخر. تستند الاستنتاجات إلى انحدارات RMA لأن هذه الطريقة تفسر خطأ القياس لكل من البيانات المستقلة والمعتمدة (Lovett and Felder، 1989 McArdle، 1988 Rayner، 1985) ، ولكن تم توفير انحدارات OLS للمقارنة (الجدول S1). تم استخدام 95 ٪ CIs لمقارنة الأسس المقياس والاعتراضات بين الأنواع وضد التوقعات الخاصة بقياس التساوي.


الإيكولوجيا الكيميائية لحيوانات كاسيات البذور البحرية: الفرص في واجهة الأنظمة البحرية والبرية

تفحص هذه المراجعة حالة الحقل للتفاعلات التي تتم بوساطة كيميائية والتي تشمل كاسيات البذور البحرية (الأعشاب البحرية ، وأشجار المانغروف ، وكاسيات البذور في المستنقعات المالحة). يتم استكشاف التفاعلات على نطاق صغير بين هذه النباتات والحيوانات العاشبة ومسببات الأمراض والكائنات الحية المتسخة والمنافسين ، وكذلك التأثيرات على مستوى المجتمع من المستقلبات الثانوية النباتية. في النطاقات المكانية الأكبر ، تعمل المستقلبات الثانوية من كاسيات البذور البحرية كمؤشرات موثوقة لاستقرار اليرقات أو طرح الريش أو اختيار الموائل بواسطة الأسماك واللافقاريات ، ويمكن أن تؤثر على بنية المجتمع ووظيفة النظام البيئي. توضح العديد من الدراسات الحديثة أهمية الدفاعات الكيميائية من هذه النباتات التي تمنع التغذية بالحيوانات العاشبة والعدوى بمسببات الأمراض ، ولكن مدى قتل مركبات الأليلوباثيك أو تثبيط نمو المنافسين أقل وضوحًا. في حين أن بعض المركبات الفينولية مثل حمض الفيروليك وحمض الكافيين بمثابة دفاعات حاسمة ضد العواشب ومسببات الأمراض ، نجد أن التركيز الكلي العالي للمركبات الفينولية داخل أنسجة النبات السائبة ليس مؤشرًا قويًا للدفاع. تمنع الدفاعات الكيميائية المتبقية تمزيق أو تدهور مخلفات النبات بواسطة المواد الحارقة والميكروبات ، مما يؤخر الوقت قبل أن تدخل المادة النباتية في الحلقة الميكروبية. تظل أشجار المانغروف ونباتات المستنقعات والأعشاب البحرية مصادر وفيرة للمنتجات الطبيعية الجديدة ، ولكن الوظائف البيئية معروفة بنسبة صغيرة فقط من هذه المركبات. مع دمج تقنيات تحليلية جديدة في الدراسات البيئية ، تظهر الفرص لعلماء البيئة الكيميائية لاختبار مدى تأثير الإشارات البيئية الدقيقة على إنتاج وإطلاق دفاعات كاسيات البذور الكيميائية البحرية أو جزيئات الإشارات. خلال هذه المراجعة ، نشير إلى مجالات الدراسة المستقبلية ، مع تسليط الضوء على الفرص لاتجاهات جديدة في علم البيئة الكيميائية التي من شأنها تعزيز فهمنا للتفاعلات البيئية في هذه النظم البيئية القيمة.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


شاهد الفيديو: مقارنة الأنظمة البيئية 3 ما الأنظمة (شهر نوفمبر 2022).