تحمل أصداف الحلزونات على ظهورها سجلات طبيعية عن أحوال الطقس، ويمكن الاستعانة بها لإعادة رسم خرائط للأعاصير التي ضربت الأرض في عصور ما قبل التاريخ، إلى جانب غيرها من الظواهر الجوية المتطرفة التي وقعت في مناطق مختلفة قبل بدء تسجيلات الأرصاد الجوية الحديثة، وفقا لدراسة جديدة نُشرت مؤخرا في مجلة "ذا هولوسين" .
وفحصت الدراسة التي قادها باحثون من كلية البيئة بجامعة كوينزلاند في أستراليا، حلقات النمو على صدفة حلزون "بيغندن المخطط" (فيغولادرا باينسيس)، جُمعت من متنزه بحيرات كولستون الوطني في جنوب شرق ولاية كوينزلاند.
ويقول البروفيسور جيمي شولمايستر الأستاذ الفخري في كلية البيئة بجامعة كوينزلاند وأحد مؤلفي الدراسة، إن "العثور على مؤشرات تدل على وقوع أحداث جوية متطرفة أمر غير مألوف حقا"، موضحا أنه لا يستحضر سجلا طبيعيا آخر يمكنه تقديم معلومات مماثلة عن أحداث مناخية بعينها خلال الماضي. فبعض السجلات قد تكشف زيادة إجمالي الأمطار، لكنها لا تربطها بحدث محدد.
ويضيف في حديثه للجزيرة نت أن "هذه الميزة تكتسب أهمية خاصة في أستراليا، حيث تتأثر السجلات المناخية الإقليمية غالبا بالأحداث المتطرفة أكثر من تأثرها بالتغيرات في متوسط معدلات هطول الأمطار".
تنتشر القواقع البرية على نطاق واسع، ولا سيما في المناطق ذات المناخ شبه الرطب وشبه الجاف، حيث غالبا ما تكون الأحافير الأخرى نادرة أو غائبة.
ويشير جيمي إلى أن أستراليا وحدها تضم آلاف الأنواع الموصوفة علميا من القواقع البرية، مع احتمال وجود أنواع أخرى كثيرة لم تُحدد بعد، وهو ما يجعل هذه الكائنات مصدرا واعدا لدراسة البيئات القديمة، خصوصا في المناطق التي تندر فيها الأدلة الأحفورية الأخرى.
وللفهم الكيفية التي يمكن بها لهذه الكائنات الصغيرة أن تحتفظ بسجلات عن أحوال الطقس، أخذ الباحثون عينات صغيرة من صدفة حلزون "بيغندن المخطط"، تفصل بين مواضعها بضعة مليمترات، ثم حللوا حلقات النمو وربطوا أنماطها بسجلات الطقس في المنطقة.
وتكمن الفكرة في الطريقة التي تتكون بها الصدفة وتنمو، إذ يمتلك الحلزون صدفة منذ لحظة فقسه، لكنها تكون صغيرة للغاية في البداية. وعلى الرغم من أن صلابتها توفر الحماية لأعضائه الداخلية، فإنها تفرض في الوقت نفسه قيودا على نمو جسم الرخوي الصغير الذي يعيش داخلها.
ولأن الحلزون لا يستطيع توسيع الأنبوب الملتف الذي تتكون منه الصدفة، فإنه ينمو تدريجيا إلى الخارج انطلاقا من مركز الالتفاف، عند فتحتها. ومع امتداد جسمه خارج الصدفة، تفرز "العباءة"- وهي نسيج متخصص يغطي جزءا من جسمه- كربونات الكالسيوم عند فتحة الصدفة.
وتتصلب هذه المادة عند ملامستها البيئة الخارجية، لتكوّن بلورات صلبة، فتزداد الصدفة حجما إلى الخارج أيضا، في مسار حلزوني يواكب نمو الكائن الذي تحتضنه.
ويتيح هذا النمو المتدرج للصدفة أن تعمل، إلى حد ما، بطريقة تشبه حلقات النمو في جذوع الأشجار، إذ تحمل كل حلقة جديدة من كربونات الكالسيوم يضيفها الحلزون عند فتحة صدفته، بصورة غير مباشرة، معلومات عن الظروف البيئية التي عاش فيها الحلزون خلال مراحل مختلفة من حياته.
وعلى غرار حلقات نمو الأشجار، يمكن اعتبار أصداف القواقع مؤشرات بيئية أو أرشيفات طبيعية تحفظ سجلات عن أحوال الطقس والتغيرات التي تطرأ على المشهد الطبيعي، حيث تترك فترات توقف نمو الصدفة أو تسارعه علامات مميزة تشير إلى حدوث تغيرات بيئية.
لتحديد عمر حلقات النمو في الصدفة، استخدم الباحثون التأريخ بالكربون المشع عالي الدقة، وهي تقنية علمية تُستخدم لتحديد عمر المواد العضوية القديمة مثل الخشب والعظام والأوراق والجلود، اعتمادا على قياس نظير مشع للكربون يُعرف باسم "الكربون-14".
وأخضعت المنظمة الأسترالية للعلوم والتكنولوجيا النووية 8 عينات صغيرة مأخوذة من أجزاء مختلفة من صدفة قوقع "بيغندن المخطط" للتحليل، ما أتاح للباحثين ربط حلقات النمو بفترات محددة، وهو أمر ضروري لمقارنتها بالأحداث الجوية التي شهدتها المنطقة.
ويوضح جيمي أن أصداف القواقع تتميز بوجود محور نمو يمكن أخذ عينات دقيقة منه، وهي ميزة استغلها الباحثون في الدراسة، لكن قِصر عمر هذه الكائنات يمثل تحديا أمام استخدامها في إعادة بناء السجلات المناخية على مدى طويل. ولذلك، يتطلب تغطية فترة زمنية طويلة تعادل عمر شجرة معمرة جمع أعداد كبيرة من القواقع وتحليل أصدافها.
وفي المقابل، يلفت إلى أن أصداف القواقع تتيح إجراء تحليلات عالية الدقة للغاية خلال هذه الفترات القصيرة، وبمستوى من التفصيل يفوق ما يمكن الحصول عليه من حلقات نمو الأشجار، التي قد تشير إلى أن موسما ما كان أكثر مطرا من المعتاد، لكنها لا تكشف بالضرورة عن وقوع عاصفة منفردة بعينها.
ولم تقتصر فائدة التحليل على تأريخ الصدفة، بل كشف أيضا عن بصمة إشعاعية مميزة، إذ احتوت بعض حلقات النمو على مستويات مرتفعة من الكربون المشع، وهي مستويات ارتبطت بوضوح بالتجارب النووية، التي أُجريت في أستراليا خلال ستينيات القرن الماضي. واستفاد الفريق من هذه البصمة في تحديد توقيت تكوّن طبقات الصدفة، وتقدير عمر القوقع بنحو 4 سنوات ونصف.
ولا يقتصر ما تحتفظ به الصدفة على معلومات عن عمر الحلزون والفترة التي عاش فيها، إذ تندمج داخل مادتها أيضا نظائر الكربون والأكسجين المستقرة، التي أتاح تحليلها استخلاص مؤشرات عن كميات الأمطار التي تعرض لها الحلزون، والظروف الجوية التي شهدها خلال حياته، وكذلك عن الغذاء الذي تناوله.
ولاحظ الباحثون أن نمو الصدفة لم يكن منتظما، فقد تعاقبت فترات من النمو السريع مع فترات لم تشهد سوى نمو محدود أو لم تشهد أي نمو على الإطلاق. ففي بعض السنوات، زاد طول الصدفة بمقدار 23.7 مليمتر، بينما سجلت في سنوات أخرى زيادة بلغت 144.3 مليمتر.
وتوقع الباحثون في البداية أن يتزامن النمو السريع للصدفة مع السنوات التي تشهد أمطارا أغزر، إذ تؤدي وفرة الأمطار إلى زيادة الغذاء المتاح للحلزون، لكن مقارنة سجل الصدفة بالظروف الجوية المحلية أظهرت أن طفرات النمو الواضحة لدى هذا القوقع البري تتزامن مع أحداث جوية شديدة، مثل الأمطار الغزيرة للغاية أو الأعاصير المدارية.
ويشرح جيمي، الذي شغل سابقا منصب رئيس مجموعة الجيومورفولوجيا في أستراليا ونيوزيلندا، أن التغيرات في توافر الغذاء أو الرطوبة أو درجة الحرارة أو غيرها من الظروف البيئية يمكن أن تسهم في استجابة الحلزون لأحداث الأمطار المتطرفة، إذ يمكن ملاحظة زيادة الغطاء النباتي عقب فترات الأمطار، كما تتغير الظروف التي تتحلل فيها النباتات وتصبح متاحة للقواقع بوصفها مصدرا للغذاء.
ويضيف أن الموقع الذي جُمعت منه صدفة الحلزون موضع الدراسة يقع داخل فوهة بركانية صغيرة خامدة. ونتيجة لذلك، عندما تمتلئ البحيرات بالمياه، ترتفع الرطوبة داخل الغابة الواقعة في الفوهة، حتى لو كان الطقس أكثر جفافا خارجها. ويعزز هذا الوضع نمو النباتات، كما تتحلل النباتات الميتة بفعل الرطوبة بدلا من أن تتأكسد.
وتكشف مقارنة نظائر الأكسجين والكربون عن جانب آخر من هذه العلاقة، إذ بدا أن سجل نظائر الأكسجين المحفوظ في الصدفة يتأثر بأحداث الأمطار الغزيرة بدرجة تفوق تأثره بالتقلبات الموسمية المعتادة. ويُعزى ذلك إلى أن طبيعة المشهد الطبيعي المحلي تحد من تأثير التقلبات المناخية في المنطقة، ما يعني أن أحداث الأمطار الكبيرة وحدها تترك إشارة واضحة في الصدفة.
أما سجل نظائر الكربون، فيعكس بدرجة أكبر التغيرات في مصادر الغذاء التي اعتمد عليها القوقع، وقد تحمل أيضا مؤشرات على حدوث التكاثر في الظروف الملائمة.
وعند مقارنة أنماط النمو بسجلات الطقس، ربط الفريق مراحل النمو السريع التي أعقبت هطول أمطار استثنائية بالفترات التي أعقبت مباشرة إعصارين ضربا المنطقة في عامي 2015 و2017، وهما الإعصار المداري العنيف "مارسيا" والإعصار المداري "ديبي"، اللذان تسببا في هطول أمطار غزيرة على نحو استثنائي داخل متنزه بحيرات كولستون الوطني.
ويقول جيمي إن "الفريق توقع، بالنظر إلى مناخ جنوب كوينزلاند الذي يتسم بصيف دافئ وممطر وشتاء معتدل وجاف، أن يُظهر القوقع 4 مراحل من النمو الصيفي. لكن تحديد عمر القوقع وتحليل نمط نموه أظهرا أن النمو السريع تركز في الفترات التي أعقبت مباشرة مرور إعصارين كبيرين على المنطقة".
ويرجح عالم البيئة الذي ينصب تركيزه على إعادة بناء المناخ القديم لحوض جنوب غرب المحيط الهادئ ومنطقة الرياح الموسمية الآسيوية أن الأمطار الغزيرة المصاحبة للإعصارين أدت إلى تشبع المنطقة التي تعيش فيها القواقع بالمياه، ورفعت مستويات الرطوبة فيها بدرجة أكبر مما يحدث عقب موسم صيفي عادي. وقد أدى ذلك إلى توافر كميات أكبر من النباتات المتحللة التي تتغذى عليها القواقع، وهو ما قد يفسر تسارع نمو الصدفة عقب هذين الحدثين.
تظهر هذه النتائج إمكانية استخدام أصداف هذه الكائنات البسيطة لإعادة بناء أحداث جوية متطرفة وقعت في الماضي. ومع ذلك، لا تزال الدراسة تمثل خطوة أولية في اختبار هذه الفكرة، ولا تعني أن صدفة واحدة تكفي لتحديد المسار الكامل لإعصار قديم.
وتنبع أهمية هذه المقاربة من قدرة الأصداف -بفضل طبيعتها المعدنية- على البقاء في البيئة لفترات أطول بكثير من عمر الحلزونات التي كوّنتها. ومن ثم, قد يتيح العثور عليها في طبقات رسوبية متعاقبة بناء سجلات تمتد إلى فترات أقدم، من خلال مقارنة المؤشرات المحفوظة في أصداف مختلفة وربطها بالتغيرات البيئية التي شهدتها المنطقة.
ويرى جيمي أن هذه الطريقة تكتسب أهمية خاصة في المناطق الجافة، مثل شمال أفريقيا والشرق الأوسط وآسيا الوسطى وأستراليا وجنوب غرب أفريقيا وأجزاء من غرب أمريكا الجنوبية، حيث تندر أحيانا الأدلة الطبيعية الأخرى التي يمكن الاستعانة بها لإعادة بناء المناخ القديم.
ويشير أيضا إلى إمكانية الاستفادة منها في البيئات الجزرية، مثل جزر المحيط الهادئ، حيث تنتشر القواقع في جزر كثيرة قد تغيب عنها مجموعات حيوانية أخرى يمكن أن توفر سجلات مماثلة.
لكن ذلك يتطلب تطوير سجلات مناخية موثوقة، عبر مقارنة عينات متعددة والتحقق من العلاقة بين أنماط النمو والظروف الجوية، إلى جانب الاستعانة بأدلة جيولوجية وبيئية أخرى.
وفي هذا السياق، يشير جيمي إلى ضرورة اختيار موقع تتوافر فيه أعداد كبيرة من القواقع الأحفورية، ثم تحليل مجموعة مختارة من أصدافها وتحديد أعمارها، لمعرفة ما إذا كانت أعاصير مدارية قد مرت فوق موقع معين خلال حياة القواقع.
ويقارن هذه الخطوة بالتحديات التي واجهت دراسات حلقات نمو الأشجار في بداياتها، قبل أن تتيح عقود من البحث توسيع السجلات المستمدة منها إلى أكثر من 10 آلاف سنة. ويرى أن الخطوة الأولى في استخدام القواقع ينبغي أن تكون إنشاء سجلات تغطي الألف سنة الماضية.
ويعتزم الباحثون اختبار هذه الإمكانية من خلال العثور على أصداف داخل طبقات مختلفة من الرواسب. وإذا نجحت هذه المقاربة، فبإمكانهم جمع السجلات المستخلصة من كل صدفة معا، بما يسمح بتوسيع نطاق الأدلة المستخدمة لإعادة بناء تاريخ الظواهر الجوية المتطرفة، وصولا إلى فترات لم تتوافر عنها سجلات أرصاد مباشرة.
ويقول جيمي "سأبدأ بمنطقة بحيرات كولستون، حيث نعلم بالفعل أن السجل الرسوبي يمتد إلى نحو 20 ألف سنة مضت، وربما إلى فترات أقدم بكثير"، لكنه يوضح أن إنشاء سجل بالمستوى نفسه من التفصيل الذي أتاحته الدراسة الحالية يتطلب إجراء عدد لا بأس به من التحليلات، مشيرا إلى أن إتاحة الوصول إلى مختبر متخصص في تحليل النظائر المستقرة ستساعد كثيرا في هذا العمل.
