كشف "آلة الزمن" القائمة على الحمض النووي عن قرن من التغييرات في نظام البحيرة البيئي

طور الباحثون آلة زمنية تعتمد على الحمض النووي (DNA) تكشف عن تغييرات مفصلة في نظام بحيرة المياه العذبة البيئي على مدار القرن الماضي. ومن خلال الجمع بين الذكاء الاصطناعي وتحليل الحمض النووي البيئي، يوفر هذا النهج الجديد رؤى غير مسبوقة حول التأثير التاريخي لتغير المناخ والتلوث الكيميائي على التنوع البيولوجي.

قرن من التغيير محاصر في الرواسب

قام فريق من جامعة برمنغهام، بالتعاون مع زملاء من جامعة غوته في فرانكفورت، بإعادة بناء مكتبة للتنوع البيولوجي وبيانات التلوث الكيميائي والمناخ من عينات الرواسب في قاع بحيرة دانمركية. وقد نشرت أبحاثهم في مجلة eLife في 7 نوفمبر، وتوفر حساباً سنوياً للتحولات التي حدثت منذ بداية الثورة الصناعية.

استخدم العلماء الحمض النووي البيئي (eDNA)، الذي يتكون من مواد وراثية تتركها الكائنات الحية بشكل طبيعي. ثم تم تحليل هذا الحمض النووي باستخدام الذكاء الاصطناعي لمقارنة التقلبات في التنوع البيولوجي ببيانات المناخ التاريخية ومستويات التلوث، مما حدد الأسباب الرئيسية لانخفاض تنوع الأنواع داخل البحيرة.

رؤى حول التنوع البيولوجي من خلال الذكاء الاصطناعي

تكمن أهمية الطريقة في قدرتها على تحديد اتجاهات وأسباب فقدان التنوع البيولوجي، وبالتالي إعلام استراتيجيات الحفظ. وفقاً للأستاذة لويزا أورسيني، المحققة الرئيسية للمشروع، يُعد الذكاء الاصطناعي حاسماً في تحديد أولويات جهود الحفظ. فهو يتيح تحديد الأنواع الرئيسية التي تسهم في خدمات النظام البيئي والملوثات الأكثر ضرراً بالتنوع البيولوجي. كشفت نتائج الفريق أن بعض المبيدات الحشرية ومبيدات الفطريات وارتفاع درجات الحرارة قد أثرت بشكل عميق على النظام البيئي للبحيرة.

على الرغم من الأضرار التاريخية، هناك جانب إيجابي، حيث تشير الأبحاث إلى بعض التعافي في تنوع البحيرة البيولوجي خلال العقدين الماضيين. يُعزى هذا الانتعاش إلى تحسن جودة المياه بعد انخفاض النشاط الزراعي. ومع ذلك، فإن تكوين الأنواع الحالي لا يعكس الحالة الأصلية ما قبل الصناعية، مما يشير إلى تحول في توازن النظام البيئي وتقديم الخدمات.

مستقبل حفظ النظم البيئية للبحيرات

مع تقدم فريق البحث، يقومون بتوسيع دراستهم لتشمل مسطحات مائية في إنجلترا وويلز. الهدف هو تحديد ما إذا كانت الأنماط المرئية متسقة وتعميم نتائجهم على تأثيرات أوسع للتلوث وتغير المناخ على التنوع البيولوجي للبحيرات. يعد هذا التوسع حاسماً لتطوير نماذج تنبؤية وسياسات حفظ يمكن أن تخفف من التأثير المستقبلي على موائل المياه العذبة.

شددت نيام إيستوود، المؤلفة الرئيسية للدراسة والباحثة الدكتوراه، على الطبيعة غير القابلة للعكس للتلوث وفقدان التنوع البيولوجي الناجم عن تغير المناخ. قد لا تعود الأنواع التي اختفت على مدار القرن الماضي، حتى مع ظهور علامات التعافي البيئي في البحيرة.

أبرز الدكتور جياروي تشو، المؤلف المشارك الرئيسي للدراسة، التطبيقات المستقبلية لأبحاثهم. ومن خلال التعلم من الماضي، يأملون في تحسين نماذج الذكاء الاصطناعي الخاصة بهم بالبيانات الناشئة، مما يحسن التنبؤات والاستراتيجيات لمكافحة فقدان التنوع البيولوجي.

تمتد آثار هذا البحث إلى ما وراء المجتمع العلمي لتشمل صانعي السياسات والجهات التنظيمية البيئية. ومن خلال تحديد الأسباب الدقيقة للاضطراب البيئي، توفر الدراسة أساساً متيناً لاتخاذ قرارات مستنيرة لحماية وتعزيز مستويات التنوع البيولوجي الحالية.

تخدم هذه الأبحاث كذكرى حاسمة للتفاعل الدقيق بين الأنشطة البشرية وتغير المناخ وصحة النظم البيئية لكوكبنا. ومع معاناة العالم من أزمة التنوع البيولوجي المستمرة، قد تثبت النهج المبتكرة أهميتها في تشكيل مستقبل مستدام لموارد المياه العذبة على الأرض.