دراسة الجماعات الحيوية في الأنظمة البيئية
S t u d y i n g P o p u l a t i o n s i n E c o s y s t e m s
دراسةُ الأنظمةِ البيئيةِ Studying Ecosystems
كيف يقوم العلماء بدراسة الأنظمة البيئية؟
يعتمدُ علماءُ البيئةِ على المنهجيةِ العلميةِ في دراسةِ الأنظمةِ البيئيةِ.
1- الدراسات العلمية تبدأُ بملاحظاتٍ تُجمَعُ في صورةِ بياناتٍ كَمِّيةٍ ونوعيةٍ، يستخدمُها العلماءُ في صياغةِ الفرضياتِ.
2- تخضع التوقُّعات الناتجة منَ الفرضياتِ للاختبارِ عنْ طريقِ التجربةِ العلميةِ المضبوطةِ.
3- يُحلِّلُ العلماءُ البياناتِ، ثمَّ يُقيِّمونَ النتائجَ للتوصُّلِ إلى استنتاجاتٍ بخصوصِ العلاقاتِ بينَ المُكوِّناتِ الحيَّةِ والمُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ في الأنظمةِ البيئيةِ.
عالم يأخذ عينة ماء من نظام بيئي
أتحقَّقُ: كيفَ يتمكَّنُ العلماءُ منَ التوصُّلِ إلى استنتاجاتٍ بخصوصِ العلاقاتِ بينَ المُكوِّناتِ الحيَّةِ والمُكوِّناتِ غيرِ الحيَّةِ في الأنظمةِ البيئيةِ؟
يتمكن العلماء من التوصل إلى استنتاجات بخصوص العلاقات بين المكونات الحية والمكونات غير الحية في الأنظمة البيئية عن طريق تحليل البيانات التي حصل عليها العلماء جراء إخضاع فرضياتهم للتجربة العلمية المضبوطة.
الملاحظةُ Observation
الملاحظةِ: مراقبةُ الكائناتِ الحيَّةِ التي تعيشُ في نظامٍ بيئيٍّ مُحدَّدٍ، ورصدُ نشاطِها الحيويِّ وتفاعلِها معَ مُكوِّناتِ النظامِ البيئيِّ الأُخرى مُدَّةً منَ الزمنِ.
ولتحقيقِ ذلكَ، يستخدمُ العلماءُ الدراساتِ المسحيةَ Survey Studies؛
الدراساتِ المسحيةَ: دراساتٌ تُؤخَذُ فيها عيِّناتٌ عشوائيةٌ منْ جماعةٍ حيويةٍ مُحدَّدةٍ، وتُجمَعُ فيها بياناتٌ تخصُّ المُكوِّناتِ الحيَّةَ والمُكوِّناتِ غيرَ الحيَّةِ التي تُؤثِّرُ في هذهِ الجماعةِ.
وهي نوعانِ: دراساتٌ مسحيةٌ مرئيةٌ، ودراساتٌ مسحيةٌ عنْ بُعْدٍ.
الدراساتُ المسحيةُ المرئيةُ Visual Survey Studies
يستخدمُ العلماءُ نوعينِ منَ الدراساتِ المسحيةِ المرئيةِ، هما: الدراساتُ المسحيةُ المرئيةُ المباشرةُ، والدراساتُ المسحيةُ المرئيةُ غيرُ المباشرةِ.
الدراساتُ المسحيةُ المرئيةُ المباشرةُ Direct Visual Survey Studies
يستفادُ منَ الدراساتِ المسحيةِ المباشرةِ في مراقبةِ الجماعاتِ الحيويةِ التي يُمكِنُ تتبُّعُها بسهولةٍ، مثلِ بعضِ أنواعِ الحيواناتِ؛ إذْ يستطيعُ العلماءُ مراقبتَها بالعينِ المُجرَّدةِ، أوْ باستخدامِ أدواتٍ مثلِ المِنْظارِ.
الدراساتُ المسحيةُ المرئيةُ غيرُ المباشرةِ Indirect Visual Survey Studies
يُمكِنُ للعلماءِ رصدُ الجماعاتِ التي يصعبُ تقصّي أثرِها بالبحثِ عنْ دلائلَ تشيرُ إلى وجودِها، مثلِ آثارِ أقدامِها، أوِ البحثِ عنْ فضلاتهِاِ، أوْ أثرِ افتراسِها لحيوانٍ آخرَ.
الدراساتُ المسحيةُ عنْ بُعْدٍ Telemetry Survey Studies
يصعبُ مراقبةُ بعضِ جماعاتِ الكائناتِ الحيَّةِ بالطرائقِ المرئيةِ المباشرةِ أوْ غيرِ المباشرةِ، مثلِ جماعةٍ منَ النمورِ؛ لذا يلجأُ العلماءُ إلى:
1- تثبيتِ طوقٍ حولَ عنقِ الحيوانِ، يحملُ رقماً مُتسلسِلاً، ويحوي مُرسِلاً لموجاتٍ راديويةٍ.
2- يكونُ لدى العلماءِ هوائيٌّ مُعَدٌّ لاستقبالِ الموجاتِ الراديوية.
3- لتتبُّعِ الحيوان، يُدخِلُ العلماءُ الرقمَ المُتسلسِلَ للطوقِ المُثبَّتِ حولَ عنقِ الحيوانِ، ثمَّ يستخدمونَ أجهزةً متخصصةً للاستشعارِ عنْ بُعْدٍ.
4- يتحرَّك العلماء في الاتجاهِ الذي تُلتقَطُ منْهُ إشارةٌ مُميَّزةٌ.
وبذلكَ، يتمكَّنُ العلماءُ منْ دراسةِ خصائصِ هذهِ الجماعاتِ، وتعرُّفِ نطاقِ انتشارِها.
| نمرٌ مُثبَّتٌ حولَ عنقِهِ طوقٌ للمراقبةِ | عالِمٌ يُمسِكُ هوائيًّا لاستشعارِ الإشاراتِ الصادرةِ عنْ طوقِ المراقبةِ المُثبَّتِ حولَ عنقِ حيوانٍ ما. |
أمّا في علمِ البيئةِ، فيستخدمُ العلماءُ الملاحظةَ لأغراضٍ عِدَّةٍ، منْها:
1- مراقبةُ التغيُّراتِ التي تحدثُ في الأنظمةِ البيئيةِ بمُكوِّناتِِها الحيَّةِ وغيرِ الحيَّةِ.
2- تعرُّفُ أثرِ هذهِ التغيُّراتِ في الجماعاتِ الحيويةِ.
3- رصدُ أنماطِ الأنشطةِ الحيويةِ لجماعةٍ حيويةٍ ما، وتقديرُ حجمِ جماعةٍ حيويةٍ مُعيَّنةٍ.
تفيدُ الملاحظة في اتخاذِ قراراتٍ تُسهِمُ في المحافظةِ على ديمومةِ الأنظمةِ البيئيةِ.
مثال
مراقبةُ العلماءِ لجماعةِ المها العربيِّ المُهدَّدةِ بالانقراضِ، ودراستُهُمْ أماكنَ توزُّعِها في النظامِ البيئيِّ، تفيدانِ في اختيارِ الموقعِ الأنسبِ منْ هذا النظامِ لإعادةِ توطينِها، أنظرُ الشكلَ.
أتحقَّقُ: فيمَ يستفادُ منْ مراقبةِ جماعاتِ الكائناتِ الحيَّةِ؟
مراقبة التغيرات التي تحدث في الأنظمة البيئية وتعرف أثر التغيرات التي تحدث في الأنظمة البيئية على الجماعات الحيوية ورصد أنماط الأنشطة الحيوية لجماعة ما وتقدير حجم جماعة معينة واتخاذ قرارات تسهم في المحافظة على ديمومة الأنظمة البيئية وإعادة توطين الحيوانات المهددة بالانقراض.
|
أفكر أُبيِّنُ الطريقةَ المُثلى لمراقبةِ جماعةٍ حيويةٍ منْ ماعزِ الجبلِ، مُبرِّرًا ذلكَ. بوساطة الدراسات المسحية عن بعد وذلك بوضع أطواق حول أعناق أفراد من ماعز الجبل وتتبعها. |
إجراءُ التجاربِ Experimentation
يُنفِّذ العلماء تجاربَ علميةً مضبوطةً لاختبارِ الفرضياتِ التي يضعونَها حيالَ ظاهرةٍ ما. وفي علمِ البيئةِ، قدْ يُنفِّذُ العلماءُ هذهِ التجاربَ داخلَ المختبراتِ العلميةِ، أوْ في الميدانِ.
تجاربُ المختبرِ Lab Experiments
يَعْمدُ العلماءُ إلى إجراءِ تجاربِهِمْ داخلَ المختبرِ عندَ دراسةِ أثرِ التغيُّرِ لأحدِ مُكوِّناتِ النظامِ البيئيِّ في جانبٍ واحدٍ منْ جوانبِ النشاطِ الحيويِّ للجماعةِ الحيويةِ؛ ما يُمكِّنُهُمْ منْ ضبطِ المُتغيِّراتِ بدقَّةٍ، إلّا أنَّ نتائجَ هذهِ التجاربِ قدْ لا تكونُ دقيقةً مقارنةً بما قدْ يحدثُ في النظامِ البيئيِّ.
التجاربُ الميدانيةُ Field Experiments
يُنفِّذُ العلماءُ التجاربَ الميدانيةَ في موطنِ الكائنِ الحيِّ. وفي هذا النوعِ منَ الدراساتِ، يصعبُ ضبطُ المُتغيِّراتِ بدقَّةٍ، لكنَّ نتائجَها تكونُ أكثرَ واقعيةً في ما يتعلَّقُ بتفاعلِ الكائنِ الحيِّ معَ المُتغيِّراتِ في النظامِ البيئيِّ.
أتحقَّقُ: أُقارِنُ بينَ تجاربِ المختبرِ والتجاربِ الميدانيةِ.
| ضبطُ المُتغيِّراتِ | دقة النتائج | الغرض | |
| تجارب المختبرِ | يمكن ضبط المتغيرات بدقة | قد لا تكون دقيقة بالمقارنة مع ما يحدث في الطبيعة | دراسة أثر التغير في أحد مكونات النظام البيئي في جانب واحد من جوانب النشاط الحيوي للجماعة الحيوية. |
| التجارب الميدانية | يصعب ضبط المتغيرات | أكثر واقعية فيما يتعلق بتفاعل الكائن الحي مع التغيرات في النظام البيئي | تنفيذ تجارب في موطن الكائن الحي. |
| أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ جهودِ الجمعيةِ الملكيةِ لحمايةِ الطبيعةِ Royal Society for the Conservation of Nature RSCN في إعادةِ توطينِ حيوانِ المها العربيِّ في محميةِ الشومريِّ الطبيعيةِ، ثمَّ أُعِدُّ فلمًا عنْ ذلكَ باستخدامِ برمجيةِ movie maker، ثمَّ أعرضُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ، علمًا بأنَّ الموقعَ الإلكترونيَّ للجمعيةِ الملكيةِ لحمايةِ الطبيعةِ هوَ https://www.rscn.org.jo/ar. |
| تم إنشاء محمية الشومري للأحياء البرية في البدايات كمركز إعادة إكثار يهدف إلى إكثار وإعادة توطين الأنواع البرية المهددة عالميا والمنقرضة محليا وتحديداً المها العربي. في عام 1978 وبدعم الجهود الدولية قامت الجمعية الملكية لحماية الطبيعة بإطلاق عملية إنقاذ المها العربي وذلك بعد استلام ثمانية حيوانات من حديقة فينيكس، الولايات المتحدة الأمريكية، ووضعها في مسيجات تكاثر محضرة خصيصا في محمية الشومري للأحياء البرية، في محاولة لإعادة المها العربي إلى موطنه الطبيعي في البادية. وبحلول عام 1983 ، حققت هذه العملية أولى نجاحاتها بعد إطلاق 31 مها عربياً من الأسر إلى موطنها الطبيعي داخل المحمية. محمية الشومري للأحياء البرية هي الآن موطن لمجموعة من الحيوانات النادرة في الشرق الأوسط، مثل النعام، الغزلان والحمار البري، حيث بذلت الجمعية الملكية لحماية الطبيعة جهوداً كبيرة لمساعدة هذه الحيوانات لإعادة بناء إعدادها وتأكيد وجودها ضمن حدود المحمية، بعيداً عن خطر الصيد وتدمير الموائل اللذان كادا يقضيان عليهم من البرية نهائيا. |
النمذجةُ Modeling
النمذجة: استخدامِ برامجَ حاسوبيةٍ لعملِ أنظمةٍ بيئيةٍ افتراضيةٍ، وذلكَ بوضعِ أجهزةِ تتبُّعٍ (أطواقٌ) حولَ أعناقِ عيِّنةٍ منْ أفرادِ إحدى الجماعاتِ الحيويةِ مثلِ الأفيالِ، كما في الشكل أدناه حيثُ تُرسِلُ هذهِ الأجهزةُ إشاراتٍ إلى الأقمارِ الصناعيةِ، التي تأخذُ بتتبُّعِ نمطِ الحركةِ لأفرادِ هذهِ الجماعةِ. بعدَ ذلكَ يستخدمُ العلماءُ البياناتِ الواقعيةَ المُلتقَطةَ منَ الأقمارِ الصناعيةِ، ثمَّ يضيفونَ إليْها أماكنَ توزُّعِ بعضِ الجماعاتِ الحيويةِ منَ النباتاتِ، أوْ كمِّياتِ الهطلِ وأنواعَها، أوْ بعضَ أنماطِ النشاطِ الجيولوجيِّ فيها، ثمَّ يستعينونَ بالخرائطِ الرقميةِ (الخرائطُ الحاسوبيةُ) لإيجادِ نظامٍ بيئيٍّ افتراضيٍّ يتيحُ لهُمْ تغييرَ مُكوِّناتِهِ، وضبطَ المُتغيِّراتِ فيهِ.
ما فائدة النمذجة لعلماء البيئة؟
يفيدُ ذلكَ علماءَ البيئةِ في وضعِ خُطَطٍ تُسهِمُ في المحافظةِ على أشكالِ الحياةِ البَرِّيَّةِ في الأنظمةِ البيئيةِ المختلفةِ. فمثلًا، يُمكِنُ التنبُّؤُ بالآثارِ المُترتِّبةِ على إعادةِ توطينِ أفرادٍ منْ جماعةٍ حيويةٍ وانعكاساتِها على جماعاتٍ حيويةٍ أُخرى.
أتحقَّقُ: أُوضِّحُ الفرقَ بينَ النمذجةِ والتجريبِ.
في التجريب ينفذ العلماء تجارب علمية مضبوطة لاختبار الفرضيات التي يضعونها حيال ظاهرة ما أما النمذجة، فيلجأ فيها العلماء إلى استخدام برامج حاسوبية لعمل أنظمة بيئية افتراضية .
| أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ دورِ الذكاءِ الاصطناعيِّ في إيجادِ أنظمةٍ بيئيةٍ افتراضيةٍ في الأنظمةِ البيئيةِ القاسيةِ، مثلِ أعماقِ المحيطِ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْ ذلكَ، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ. تسهم تطبيقات الذكاء الاصطناعي مثل التعلم الآلي والرؤية الحاسوبية ونظام الخبير إضافة إلى التطور الرقمي جمع المعلومات وتخزينها في المحافظة على ديمومة الأنظمة البيئية فيما يعرف بالثورة الصناعية الأربعة. حيث يتمكن العلماء من جمع معلومات حول البيئات التي يصعب أو يستحيل الوصول إليها مثل أعماق البحار والمحيطات، وعمل أنظمة بيئية افتراضية لمناطق الأعماق ما يمكنهم من دراسة الجماعات الحيوية فيها ومدى تأثرها بتغيرات يفترضون حدوثها في بيئة الأعماق، ما يمكنهم من التنبؤ بما سيحدث للكائنات الحية المائية وتأثير ذلك في الأنظمة البيئية ككل في أعماق البحار والمحيطات، والتصدي للمشاكل البيئية التي يمكن أن يتسبب بها ذلك دون انتظار حدوثها. |
التحليلُ الإحصائيُّ Statistical Analysis
يُخضِعُ العلماءُ البياناتِ التي جُمِعَتْ منَ العيِّناتِ العشوائيةِ للتحليلِ الإحصائيِّ؛ لدراسةِ أثرِ أحدِ مُكوِّناتِ النظامِ البيئيِّ في حجمِ جماعةٍ حيويةٍ ما، وتعرُّفِ نوعِ العلاقةِ بينَهُما (طرديةٌ، عكسيةٌ) إنْ وُجِدَتْ، مثلِ :
1- أثرِ نسبةِ رطوبةِ التربةِ في حجمِ جماعةٍ حيويةٍ لنباتٍ ما.
2- قياسِ قوَّةِ العلاقةِ بينَ أحدِ مُكوِّناتِ النظامِ البيئيِّ وحجمِ الجماعةِ الحيويةِ.
ويُستخدَمُ التحليلُ الإحصائيُّ أيضًا في دراسةِ التنوُّعِ الحيويِّ، مثلِ المقارنةِ بينَ نظامينِ بيئيينِ مختلفينِ منْ حيثُ التنوُّعُ الحيويُّ، أوِ المقارنةِ بينَ فصولٍ مختلفةٍ.
أتحقَّقُ: أُوضِّحُ أهميةَ استخدامِ التحليلِِ الإحصائيِّ.
دراسة أثر أحد مكونات النظام البيئي في حجم جماعة حيوية ما وتعرف نوع العلاقة بين مكونات النظام البيئي (طردية -عكسية) وقياس قوة العلاقة بين مكونات النظام البيئي ودراسة التنوع الحيوي مثل المقارنة بين نظامين بيئيين مختلفين من حيث التنوع الحيوي أو المقارنة بين فصول مختلفة.