השפעת האדם על הפלנקטון

כיצד פעילות האדם גורמת לעליה בריכוז CO₂ אטמוספרי ולהתחממות העולמית?

מאז תחילת המהפכה התעשייתית, לפני כ־250 שנה, פחמן דו־חמצני (CO₂) נפלט לאטמוספרה בקצב חסר תקדים. העלייה החדה בריכוז CO₂ אטמוספרי ביותר מ־30% בהשוואה לתקופה הקדם־תעשייתית נובעת מפעילות האדם. שריפת דלקים פחמניים (גז טבעי, נפט ופחם; איור 1), שינויים בשימושי קרקע כמו בירוא יערות, ניקוז ביצות והרחבת שטחים חקלאיים – כל אלו תרמו להצטברות CO₂ באטמוספרה, מערך של כ־280 חלקיקים למיליון (ppm.כלומר, שבכל מיליון חלקיקי אוויר יש 280 חלקיקי CO₂) טרם המהפכה התעשייתית, לרמה של כ־428 ppm כיום (על פי NASA; איור 2). CO₂ הוא גז חממה, כלומר, הוא לוכד חום: חלקיקי הגז קולטים ומחזירים קרינה תרמית (אינפרה־אדומה) הנפלטת מפני השטח של כדור הארץ. בזכות גזי החממה נשמרת באטמוספרה טמפרטורה המאפשרת את קיום החיים על פני כדור הארץ. עם זאת, הצטברות גזי חממה באטמוספרה משפיעה משמעותית על האקלים העולמי. העלייה החדה בריכוז CO₂ בעשורים האחרונים מובילה להתחממות כדור הארץ ולשינויי האקלים הקיצוניים שאנו חווים בימינו. בעקבות זאת, גם מי הים מתחממים בהדרגה. כאשר המים מתחממים, הם סופגים את החום מהאטמוספרה, ובכך מקרר אותה. זוהי הסיבה שהאוקיאנוס הוא רכיב חיוני בוויסות האקלים העולמי.

כיצד העלייה בריכוז CO₂ אטמוספרי משפיעה על החיים בים?

התחממות מי האוקיאנוס משפיעה באופן מורכב על יצורים ימיים (איור 3). בחלק מהמינים תיתכן הֶאצה בקצב הגידול ובקצבים מטבוליים, כתוצאה מקצב פעילות גבוה יותר של אנזימים והֶאצה של תגובות ביוכימיות. מנגד, תיתכן פגיעה בקיפול המרחבי של חלבונים, המשבשת את תפקודם. הטמפרטורה משפיעה גם על הרכב חומצות השומן בתא, ולכך יש השלכות על קרום התא ועל יציבותו. מצב זה חושף את התא לפגיעה חיצונית, ומדענים מאמינים שזהו אחד המנגנונים התורמים להתפרצות מחלות בקרב אורגניזמים ימיים, מפני שפתוגנים מצליחים לחדור לתאים ביתר יעילות. כמו כן, קרחונים הם עולם עשיר של מיקרואורגניזמים ונגיפים הכלואים בהם, ועם המסת הקרח, הם משתחררים למים ונטמעים באוכלוסייה המקומית, תהליך שעשויות להיות לו השלכות אקולוגיות נרחבות.

מאחר והטמפרטורה משפיעה על מאפיינים פיזיקליים וכימיים של הסביבה הימית, יש להתחממות השפעות עקיפות על הפלנקטון, נוסף על ההשפעות הישירות שתיארנו (איור 4). ראשית, ההתחממות הגלובלית משפיעה על צפיפות מי הים. באופן כללי, מים חמים הם פחות צפופים ולכן קלים יותר ממים קרים. עם בוא העונה הקרה, המים בפני השטח מתקררים ונעשים צפופים וכבדים יותר. הם שוקעים לעומק, וכך נוצר ערבול עונתי של עמודת המים . מי העומק הקרים עשירים בנוטריינטים, ועלייתם אל פני השטח "מזריקה" נוטריינטים חיוניים אל האזור הפּוֹטי. ההתחממות הנוכחית של מי הים מפחיתה את צפיפות השכבה העליונה, ולכן זו אינה שוקעת ואינה מתערבלת. כך נשמרת ההפרדה בין השכבות השונות, והנוטריינטים נותרים בעומק. מבחינת הפלנקטון, ירידה בעוצמת הערבול משפיעה על הפיזור האנכי שלהם בעמודת המים, וגם על זמינות הנוטריינטים הנחוצים להתרבותם. מצב זה עלול להוביל למחסור בחומרי מזון ונוטריינטים באזור פני השטח, ולשנות את הדינמיקה של פריחות הפיטופלנקטון באוקיאנוס (איור 4). 

שנית, ההתחממות הגלובלית משפיעה גם על מליחות מי הים, דרך הֶאצה של מחזור המים העולמי-  מונח המתאר את מעברי המים בין האטמוספרה, היבשה והים. לתנועת המים בכדור הארץ יש השפעה על האקלים, ולמעשה, כמעט כל תופעות מזג האוויר והאקלים שאנו חווים בימינו קשורות לשינויים במחזור המים. באופן טבעי, מים באזורים חמים הם מלוחים יותר ממים באזורים קרים. ההתחממות הגלובלית מקצינה את ההבדל בין אזורים חמים וקרים. בקווי הרוחב הנמוכים (הקרובים יותר לקו המשווה), רמת המליחות עולה, בעקבות אידוי מוגבר של מי ים אל האטמוספרה והישנותם של גלי חום קיצוניים. בקווי הרוחב הגבוהים, שיטפונות והמסת קרחונים גורמים לכניסה של מים מתוקים וירידה במליחות. במילים אחרות – אזורים מלוחים נעשים מלוחים יותר, ואזורים פחות מלוחים נעשים אף פחות מלוחים (איור 4) (Gould & Cunningham, 2021).

נוסף על ההשפעות על צפיפות ומליחות מי הים, ההתחממות הגלובלית גורמת לירידה בריכוז החמצן המומס במים דרך מנגנונים פיזיקליים וביולוגיים. ככל שטמפרטורת המים עולה, כך יורדת רמת המסיסות של גז זה במים (איור 4). זאת ועוד, יצורים שהמטבוליזם שלהם מואץ (איור 3) צורכים יותר חמצן, ולכן מסירים אותו מהמים בקצב מוגבר. גורם נוסף הוא הירידה בעוצמת הערבול, המקטינה את עלייתם של מי עומק קרים העשירים בחמצן אל פני השטח. לכל אלה תורם זיהום באזור החופים, המעודד התרבות של אצות היוצרות עומס ביולוגי עצום על המערכת, ומכלות את החמצן במים.

עד כה, תיארנו מגוון תהליכים הנובעים מהתחממות האטמוספרה ומי האוקיאנוס. כשבוחנים את השפעת האדם על הפלנקטון, חשוב להתייחס גם להשפעה בעייתית נוספת של פליטות CO₂ לאטמוספרה: התמוססות CO₂  במי הים מעלה את רמת החומציות שלהם, ומשנה את המאזן של יוני הקרבונט (CO₃^-2) וביקרבונט (^-HCO₃) שבהם. מדענים מכנים תופעה זו "הבעיה האחרת של פחמן דו־חמצני", משום שהיא פחות מוכרת לרבים, אך השפעותיה מזיקות ליצורים רבים באוקיאנוס (Doney et al., 2009; Orr et al., 2005).

כיצד פליטות CO₂ משפיעות על רמת החומציות של מי הים? 

כפי שתיארנו בפרק הקודם, האוקיאנוס ממלא תפקיד משמעותי בספיגת CO₂ מן האטמוספרה. ההתמוססות של CO₂ במי הים מפעילה שרשרת של תגובות כימיות אשר בסופה נוצרים יוני מימן. עלייה בריכוז יוני המימן מורידה את ערך ה־pH של מי הים, תופעה המכונה "החמצת האוקיאנוס" (Ocean Acidification). במקביל לעלייה בריכוז ה־CO₂ באטמוספרה מאז תחילת המהפכה התעשייתית, רמת ה־pH של מי הים ירדה בכ־0.1 יחידות בממוצע, וכיום נמדדת בסביבות pH~8.1  בפני השטח. חוקרים מעריכים כי עד שנת 2100, רמת ה־ CO₂ באטמוספרה תוכפל, מה שעשוי להוביל לירידה נוספת של 0.2–0.5 יחידות PH. ירידה זו אולי נשמעת זניחה, אך משמעותה עלייה של יותר מ־60% ברמת החומציות (שכן pH הוא ערך לוגריתמי; איור 5).

כיצד החמצת מי הים משפיעה על פלנקטון משקיעי גיר?

פלנקטון משקיעי גיר הם קבוצה חשובה של אורגניזמים זעירים, המהווים מקור מזון עיקרי למגוון יצורים. הם מייצרים שלד עשוי סידן פחמתי  בתהליך הביומינרליזציה , ולכן נחשבים לשחקני מפתח במחזור הפחמן בים. יצורים מרתקים אלה הם המנועים הזעירים של משאבת הקרבונט, והמשנעים הראשיים של פחמן בצורת סידן פחמתי מפני השטח לים העמוק. בקבוצה זו נכללים הקוקוליתופורים, שהם פיטופלנקטון נפוצים באוקיאנוס. קוקוליתופורים מייצרים שלד גירני חוץ־תאי, הבנוי מדסקיות הנקראות קוקוליתים (איור 6). הקוקוליתים מיוצרים בשלמותם באברון ייחודי בתוך התא, ונפלטים אל מחוץ לממברנת התא באופן מבוקר (Taylor et al., 2017). כמחצית מהכמות הכוללת של סידן פחמתי המיוצר באוקיאנוס הפתוח ושוקע לקרקעית הים הם קוקוליתים (Neukermans et al., 2023). מאחר שקוקוליתופורים מבצעים גם פוטוסינתזה וגם ביומינרליזציה, המשמעות האקולוגית היא שתפקודם במשאבת הפחמן הוא כפול – הם תורמים בו־זמנית למשאבת הפחמן האורגני ולמשאבת הקרבונט! 
פלנקטון נוספים בעלי שלד גירני הם הפורַמנִיפֶרָה (חוריריות), חד־תאים הטרוטרופיים דמויי אמבה, החיים בתוך קונכייה בעלת מראה מחורר; ופְּטרופּודִים (פרפרי ים), רכיכות השוחות בעמודת המים, ונראות כחילזון בעל כנפיים (איור 6).

לקוקוליתים ולקונכייה של פורמיניפרה יש מכנה משותף: שניהם בנויים מהפולימורף  היציב ביותר של סידן פחמתי, הנקרא קלציט. זהו אחד המינרלים הנפוצים ביותר בעולמנו. בשונה מהם, פטרופודים משקיעים מינרל של סידן פחמתי הנקרא ארגוניט, פולימורף שאינו יציב, ולכן מסיס יותר במים בהשוואה לקלציט (Mucci, 1983). המאפיין הביוכימי הזה כנראה מסביר מדוע קונכיות הפטרופודים נוטות להתמוסס בתגובה להתחממות והחמצה של מי הים (Bednaršek et al., 2012). בשל כך הם נחשבים למיני מפתח: כלומר, אינדיקטורים ביולוגיים לשינויים בתנאי הסביבה (ראו סרטון).  
 

בשונה מהפטרופודים, ההשפעה של החמצת האוקיאנוס על קוקוליתופורים ופורמיניפרה הינה פחות גורפת, ומורכבת יותר. עדויות רבות מתצפיות על אוכלוסיות טבעיות וגידול בתנאי מעבדה העלו חשש כבד באשר לגורלם של הקוקוליתופורים באוקיאנוס חומצי יותר, מפני שגם יצירת השלדים שלהם נפגעת בהשפעת החמצת מי הים. ואולם, המחקרים גם חשפו את נוכחותם של מינים עמידים, אשר הסתגלו לתנאי הסביבה החדשים (Shemi et al., 2025). עם זאת, גם בקרב מינים השורדים תנאי עקה של טמפרטורה ו־pH, ייתכן שקלול תמורות, כלומר מצב שבו מתפתחת תכונה אחת שמעניקה יתרון אבולוציוני על חשבון תכונה אחרת. למשל, העלייה ברמת ה־ CO₂ משפרת את יכולתם של קוקוליתופורים מסוימים לבצע פוטוסינתזה, בעוד יצירת השלד החיצוני שלהם עלולה להיפגע. כלומר, תכונה תאית אחת (פוטוסינתזה) "מרוויחה" סובסטרט זמין לבניית ביומסה, בעוד תכונה אחרת (ביומינרליזציה) נפגעת ומעמידה את קיום התא בסכנה. המחקרים הללו הציפו שאלות מחקר מהותיות המעסיקות את המדענים בימינו:

•  מהו התפקיד הביולוגי של הקוקוליתים? האם הם חיוניים לקוקוליתופורים (למשל, כהגנה מפני טורפים)? והאם נראה בעתיד יותר קוקוליתופורים "עירומים"? (Mayers et al., 2020)
• כיצד תשפיע תמותת הפטרופודים על מארג המזון באוקיאנוס הצפוני ובאוקיאנוס הדרומי, שם הם מהווים זואופלנקטון דומיננטיים? (Bednaršek et al., 2012)
• האם קיומם של מינים עמידים ושל מינים הרגישים לחומציות מי הים יוביל לשינוי בהרכב האוכלוסיות הטבעיות בעתיד? והאם מינים רגישים ייאלצו להגר לנישות אקולוגיות חדשות, שבהן התנאים פחות חומציים ופחות חמים? (Chaabane et al., 2024).

לסיכום, בפרק זה סקרנו מגוון שינויים המתחוללים באוקיאנוס בעקבות פעילות האדם, והתעמקנו בהשפעה השלילית של החמצת האוקיאנוס על פלנקטון משקיעי גיר – כמקרה בוחן להשפעת האדם על הפלנקטון. חשוב לזכור שזוהי רק דוגמה אחת. עדיין לא ידוע מה יהיו ההשלכות האקולוגיות של החמצת האוקיאנוס על מיקרואורגניזמים וחברות ימיות, שכן רק מינים בודדים נחקרו. לכן נחוצים מחקרים ארוכי טווח, שיכללו מגוון מינים גדול יותר של פלנקטון.