کشف بهترین روش طبیعی برای تصفیه آب

گروهی از پژوهشگران با انجام تحقیقاتی کوشیده‌اند ثابت کنند که تنوع زیستی به زیست‌بوم‌ها کمک می‌کند تا در برابر فشارهایی مانند آلودگی آب‌ها مقاومت کنند.

به گزارش نیچر، برد کاردیناله، زیست‌شناس دانشگاه میشیگان در آن‌آربور از 150 جویبار مصنوعی در آزمایشگاهش بهره برد تا دریابد که وجود انواع متفاوت جلبک‌ها در یک زیست‌بوم، چگونه بر سرعت پالایش آلودگی به نیترات از آب تاثیر خواهد گذاشت. او دریافت که در جاهایی که ترکیبی از هشت جلبک متفاوت وجود داشت، این جانداران آلودگی به نیترات را با سرعتی در حدود 4.5 برابر بیشتر از جویبارهای دارای تنها یک نوع جلبک، تصفیه می‌کردند.

کاردیناله می‌گوید: «بررسی‌های میدانی در طبیعت نشان داده بود که زیست‌بوم‌های متنوع‌تر، غلظت کمتری از آلودگی را در خود دارند. این تحقیق نشان می‌دهد که تنوع زیستی می‌تواند کمکی حیاتی برای نسل بشر ارائه کند، اقداماتی مانند تصفیه آب از یک آلاینده خاص».

به گفته دیوید تیلمن، زیست‌شناس دانشگاه مینه‌سوتا، «چیزی که این تحقیق را از همتایانش مجزا می‌سازد این است که به طور کامل تاثیر تنوع زیستی را بر یک سیستم کمتر بررسی شده، نشان می‌دهد».

پیچیدگی

آزمایش‌هایی که پیش از این در مورد تاثیر تنوع زیستی بر محیط زیست انجام می‌شد، غالبا در علف‌زارها انجام می‌شد و عموما تلاش می‌کردند تا با یکسان نگه داشتن موجودات زیست‌بوم مورد آزمایش، تاثیرات تنوع زیستی را ایزوله کنند. ولی به جای این کار، کاردیناله تعمدا نحوه تغییر طبیعی جویبارها را در طول مسیر خود شبیه‌سازی کرد و ویژگی‌هایی مانند نقاط کم‌عمق، قسمت‌های عمیق و آبشارها را مدل‌سازی کرد؛ چیزهایی که به گفته او تنوع را امکان پذیر می‌سازند.

صدها گونه از جلبک‌های آب شیرین در دنیا وجود دارند، ولی هشت تایی که کاردیناله انتخاب کرد، از فراگیرترین‌ها در جویبارهای امریکای شمالی هستند. برخی از آنها با مناطقی که سرعت آب زیاد است سازگار شده‌اند، و انواع دیگر در آب‌های آرام زندگی می‌کنند. هر گونه می‌توانست طبقه خاص خود را در جویبارها ایجاد کند. کاردیناله می‌گوید: «وقتی این طبقه پر شود، جویبار به یک صافی طبیعی برای آلاینده‌ها تبدیل می‌شود».

ولی وقتی او امکان ایجاد این طبقه‌ها را حذف کرد و همه جانداران جویبار را مانند هم کرد، تنوع زیست دیگر تاثیری بر نیترات نداشت. در حقیقت، تنوع زیستی دچار کاهش چشمگیر شد و در هر جویبار، تنها یک نوع از جلبک ساکن شد. به رغم این که برخی از گونه‌های جلبک توانسته‌اند حتی در این جویبارهای یکنواخت نیز نیتروژن را تصفیه کنند، چنین شرایطی به بروز مشکلات دیگری منجر می‌شود، مواردی مانند عدم امکان جلوگیری از فرسایش و پایین رفتن سطح آب‌های زیر زمینی، و حتی در مواردی رشد جلبک‌های مزاحم. به گفته کاردیناله، این کار نشان می‌دهد که غیر یکنواختی زیست‌محیطی را نمی‌توان در نظر نگرفت.

ولی اهمیت تنوع زیستی، حتی از حدی که کاردیناله می‌پنداشت نیز بیشتر بود. او پیش از شروع آزمایش انتظار داشت که مانند آزمایش‌های پیشین، با استفاده از سه و یا حداکثر چهار گونه جلبک، به بیشینه کارامدی سیستم خود برسد و افزودن گونه‌های بیشتر جلبک‌ها، تاثیری بر حذف نیتروژن نگذارد. ولی دریافت که جذب نیتروژن ارتباط مستقیمی با افزایش تعداد انواع جلبک دارد و هنگامی به بیشینه مقدار خود می‌رسد که از هر هشت گونه جلبک در آزمایش استفاده شود.

«به نظر من، نباید از این پژوهش چنین نتیجه گرفت که ما نیاز به حفظ تمام گونه‌های زیست‌بوم داریم، ولی سبب مطرح شدن یک پرسش می‌شود: ما برای افزایش کیفیت آب، به چه تعدادی از گونه‌ها احتیاج داریم؟»

پیش‌بینی محتاطانه

خیلی از زیست‌بوم شناسان می‌پذیرند که طراحی تجربی و یافته‌های کاردیناله تاثیرگذار هستند، ولی به هشداری در مورد نتایج تحقیقات آزمایش‌گاهی اشاره می‌کنند، این‌که نباید انتظار داشت که در طبیعت هم به نتایج مشابهی با آزمایشگاه برسیم.

جیسن فریدلی، زیست‌بوم‌شناس در دانشگاه سیراکیوز نیویورک می‌گوید: «ساخت یک چشم‌انداز کامل در یک جای کوچک، دستاورد تکنیکی قابل توجهی است؛ ولی مسئله این است که این مکانیزم آزمایشگاهی چقدر با دنیای واقعی تناسب دارد. هنوز باید مشخص شود که در چه مقیاسی، یافته‌های آزمایشگاهی بیشترین تناسب را با دنیای بیرون خواهند داشت».

کاردیناله می‌پذیرد که شاید ارتباط خطی بین تنوع ژنتیکی و افزایش جذب نیتروژن با یافته‌های محیطی انطباق نداشته باشد. ولی می‌گوید که کار وی نشان می‌دهد که شرایط زیست‌محیطی پویا و متغیر، چگونه اجازه در کنار هم زیستن گونه‌های متفاوت را می‌دهند.

وی می‌افزاید که آزمایش‌های او تاکیدی بر اهمیت مکانیزم‌هایی هستند که مسئول یافته‌های میدانی هستند: اگر یک گونه بتواند چند طبقه ایجاد کند تا کار را تقسیم کند، کارایی آنها در صورت استفاده گروهی بالاتر می‌رود. «ما تحقیقاتی داریم که نشان می‌دهند که زیست‌بوم‌های متنوع‌تر غلظت‌های پایین‌تری از آلاینده‌ها دارند؛ ولی دلیل آن را نمی‌دانستیم. برای نشان دادن دلیل این امر، ما باید یک سیستم ساده شده را در آزمایشگاه می‌ساختیم و هر چیزی به جز تنوع زیستی را کنترل می‌کردیم».

دیوید واردل، زیست‌بوم شناس دانشگاه علوم کشاورزی سوئد در اوما می‌گوید: «این تحقیق می‌تواند جای پای خوبی برای رسیدن به پیشرفت واقعی باشد؛ جایی که رویکردهای آزمایشگاهی و مشاهدات به پاسخ یکسانی برسند».

برای رسیدن به این نقطه، کاردیناله در حال کار بر روی تحقیقات میدانی جویبارها است، و اکنون در حال برنامه‌ریزی پروژه‌هایی برای ردگیری سرنوشت نهایی نیترات‌ها است؛ این که وارد چرخه غذایی می‌شوند و یا این که با مرگ جلبک‌ها دوباره وارد جریان آب جویبار می‌شوند.

وی می‌گوید: «ما می‌دانیم که تنوع گونه‌ها اهمیت دارد، ولی چیزی که هنوز نداریم داده‌هایی است که به ما بگویند که چند تا و کدام یک از گونه‌ها را باید حفظ کنیم». کاردیناله امیدوار است که این داده‌ها را با کمک گروه کاری؛ که رهبری آنها را در مرکز ملی تحقیقات زیست‌محیطی دانشگاه کالیفرنیا، سانتاباربارا بر عهده دارد؛ به دست بیاورد. « ما پنج الی ده سال تا رسیدن به پاسخ‌های قطعی فاصله داریم».