מקום שהחיים התחילו בו מחדש

20/02/2007 בשעה 08:23 | פורסם בהספרייה המדעית | סגור לתגובות על מקום שהחיים התחילו בו מחדש
תגים:

הפיצוץ האדיר של קרקטואה השמיד כליל את החיים שהתקיים באי, והותיר את שרידיו מעוקרים לחלוטין. נסיבות אלה יצרו עבור הביולוגים הזדמנות חד-פעמית שבה יוכלו לצפות בתהליכי החייאת המרקם האקולוגי מבראשית, וגם לתהות האם ישוב הנוף המיוער ויכסה לבסוף את האי, והאם היצורים שיאכלסו אותו מחדש יהיו שונים מקודמיהם.


ארכיפלג קרקטואה (Krakatoa), שריד להר געש גדול שהתבקע לפני כ-60 אלף שנה, מצוי במרחק כמה עשרות ק"מ מיאווה ומסומטרה. ב-27 באוגוסט 1883 התרחשה שם התפרצות וולקנית שטלטלה את העולם. האי קרקטואה, הגדול בארכיפלג, התפוצץ בעוצמה אדירה ונקרע לגזרים. בסדרה של ארבעה פיצוצים כבירים שהגיעה לשיאה בעשר בבוקר נזרקו לאוויר 25 ק"מ מעוקבים של סלעים, ועשן ואפר נפלטו לגובה של עשרות ק"מ. היה זה הרעש המחריד ביותר שידעה ההיסטוריה לספר. הדי ההתפוצצות נשמעו אף במרחק של 4700 ק"מ ממנה. גל הלם חזק שהתפשט באטמוספרה, הדהד סביב כדור הארץ במשך שבע פעמים בחמשת הימים הבאים. נחשולי צונאמי ענקיים מחו 165 כפרים מעל פני האדמה, והרגו 36 אלף איש.

כשהתפזר העשן התברר כי שני שלישים מן האי נעלמו. הר הגעש פרבוואטן שהתרומם בצפונו נמחה כליל. כך גם הר הגעש דנאן שנישא במרכזו, למעט פיסה מסלעיו. מן האי כולו נותרה שארית מהר הגעש רקאטה המצוי בדרומו. האי לאנג והאי סרטונג שבארכיפלג נפגעו ללא היכר ממטר הסלעים וצניחת האפר. בעוד שטחם התרחב, האי "כובע פולני" נעלם ללא זכר.

בזיכרון הדור שהיה עד לה נחרתה ההתפוצצות הודות לתופעות הדרמטיות שהותירה אחריה. האבק שעלה למרומים התפזר על פני שמי העולם כולו, נותר בגובה רב ונישא שם במשך חודשים רבים. הימצאותו נתנה את אותותיה ביופי עז, הכחילה את הלבנה וחוללה שקיעות שמש מרהיבות עין. הן נראו בכל מקום, צבועות בגווני הקשת הססגוניים ביותר, ועוררו את התעניינות הציירים בכל קצווי תבל. יצירות אמנות רבות נולדו מן האסון של קרקטואה, מביעות התרגשות פתאומית שזעזעה את כל חושי הראייה.

פיצוץ קרקטואה מחה בבת אחת את החיים מעל פני האי

כאשר התפוצץ האי בא גם הקץ על עולם קטן ומיוחד שהתקיים בו. לאחר ששקע האבק והתקררה הלבה היו שרידיו של קרקטואה-רקאטה מעוקרים, כפי שהיה בשעתו הסלע הקמאי שממנו נוצרה האדמה לפני דורות אינספור. באי לא נותר זכר לחיים כלשהם, לא לצמחים, לא לבעלי חיים, והדעות חלוקות אם שרדו לפליטה בתוך בקיעים מוגנים אי אילו שורשים, נבגים של פטריות, או מיקרואורגניזמים המצויים בקרקע.

לגבי המדענים היתה קטסטרופה טבעית זו בבחינת הזדמנות נדירה שאין כמוה. כמה זמן יחלוף עד שהאי ישוב להיות משכן לקהילת בעלי חיים וצמחים? מה תהיינה צורות החיים הראשונות שתכינה שורש במקום וכיצד הן תתפתחנה? האי המעוקר הפך מיד למעבדת שדה ענקית, שבה ניתן ללמוד על אופן האכלוס של יצורים ואודות תפוצתם על פני האדמה. אך בעיה קשה ניצבה בפניהם: איש מן המדענים אינו יודע לומר אילו צורות חיים התקיימו באי לפני ההתפוצצות, ולכן אין בכוחם להשוות בין אשר היה לפנים ובין המצב שאליו יגיע ביום מן הימים.

האכלוס מחדש של האי נעשה מן הים ומן האוויר, כשרוב המתיישבים הגיעו מיאווה ומסומטרה. תשעה חודשים בלבד לאחר ההתפוצצות, מצא בוטנאי שביקר באי מטעם משלחת צרפתית רק יצור אחד – עכביש בודד אשר טווה לשווא את רשת קוריו כדי ללכוד טרף שלא היה קיים כלל. האם מצא העכביש מחסה בחגווי הסלע הלוהט, אולי נחת על האי השומם עוף ימי שהעכביש נאחז בנוצותיו, האם הגיע על גבי קליפת עץ שצפה בים, או שמא הפריש מגופו קור משי ונישא על כנפי הרוח?

קרוב לוודאי שחרקים ועופות היו בין ראשוני המבקרים בקרקטואה-רקאטה, ואילו יצורים אחרים השתקעו בו רק כאשר הצמחים החיוניים לקיומם כבר נמצאו באי. חיידקים כחוליים שנישאו ברוח באמצעות נבגיהם, התפשטו במהירות ויצרו מצע שבתוכו החלו להנץ ולהתפתח טחבים ושרכים, וכן זרעים קלי משקל של צמחים כגון האמיליה והוודליה. גם כל אלה הגיעו אל האי באמצעות הרוח. כעבור שלוש שנים בלבד מן ההתפרצות כבר נמצאו בו שני מיני טחבים, 11 מינים של שרכים ו-15 מיני צמחים בעלי-פרחים. אכלוס מחודש ופתאומי זה נתרחש הודות לקרקע, שככל שהלכה ונעשתה פורייה יותר, כך התבססו בה יותר מיני צמחים.

בשנת 1896 כוסו הצלקות של ההתפרצות הוולקנית בשכבה של צמחייה ירוקה. באמצעות הרוח הגיעו אל האי זרעים של קנה סוכר, ופה ושם התפתחו בו בצורה אקסטנסיבית. אף הזרעים הזעירים של הסחלבים העדינים הסתייעו ברוח, והצליחו למצוא לעצמם תשתית מתאימה. ארבעה מינים מהם החלו לצמוח באי. האפשרות שזרעים ירדו על פניו של אי אינה עניין למקרה לבדו. כאשר זרם אוויר מתנגש עם רכס הררי ונדחף כלפי מעלה, גוברת ההתעבות של אדי המים בתוכו. זרעים, נבגים וחלקיקים אחרים המרחפים באוויר הם נקודות מוקד לעיבוי, ולפיכך הם מתכסים בטיפות מים. אלה מעלים את משקלם של הגופים הזעירים ומחישים את נפילתם ארצה. למעשה, הרוחות נשאו עימן כ-32 אחוזים ממיני הצמחים שהתנחלו בקרקטואה-רקאטה עד ימינו.

60 אחוזים נוספים ממיני הצמחים באי הגיעו אליו באמצעות זרמי האוקיינוס. אגוז הקוקוס, למשל, מותאם היטב למסע הימי. יש לו קליפה חיצונית קשה, רקמה סיבית קלה המסייעת לו לצוף על פני המים, ומעטפת של דונג שמטרתה למנוע חלחול של מים מלוחים לתוך הפרי פנימה. זרעים של עצים כמו ברינגטוניה וקזוארינה שנישאו במי הים, הושלכו אל מעבר לקו הגאות והחלו לגדול לאורך החופים. כך גם זרעי עץ הקאלופילום שנסחפו אל החוף והשתרשו בו. זרעי שיח הטורנפורטיה והלפופית הגיעו אל האי עם סחופת ימית.

תאנה ופפאיה הובאו אל קרקטואה-רקאטה על ידי ציפורים שניזונו מן הפירות הללו במקומות אחרים, והפרישו את זרעיהם באי. גם בעלי חיים קטנים שנצמדו אל נוצותיהן של הציפורים הוסעו אליו. אצל ציפורים מאזורים לחים מצטבר, על פי רוב, בוץ מסביב לרגליהן ובתוכו מצויים זרעים. עד ימינו העבירו בעלי חיים דוגמת ציפורים, חרקים ויצורים בעלי כושר שחייה 8 אחוזים ממיני הצמחים הקיימים באי.

עשרים וחמש שנים לאחר ההתפרצות כבר הצליחו 263 מינים שונים של בעלי חיים למצוא חזרה את דרכם אל האי. היו אלה בעיקר חרקים, אולם גם 16 מינים של עופות, ארבעה מינים של חלזונות יבשה, ושני מיני זוחלים שידועים כשחיינים מעולים: כוח מים מלאי (Varanus salvator) הגיע בכוחות עצמו, וניזון מסרטנים שהילכו על החוף, וכמותו הגיע לאי הנחש פיתון מרושת (Python reticulatus). ברבות הזמן הגיעו אל האי זוחלים נוספים, אך מרביתם כגון שממיות, חרדונים וחומטים, הגיעו אליו על גבי סחופת ים צפה שאליה נצמדו, אם בצורת ביצים או בחיים. מנגנוניהם הפיסיולוגיים של הזוחלים מאפשרים להם להתקיים תקופות ממושכות בלית מזון או מים מתוקים, וכך הם עשויים לעבור מרחקים גדולים.

תוך חמישים שנה שוקם קרקטואה-רקאטה כמעט לחלוטין. יער צעיר ועבות כיסה אותו, ומאות מינים שונים של יצורים התבססו בו. בשנת 1933 כבר דווח על 271 מיני צמחים, 47 מינים של חולייתנים ובהם 31 מיני ציפורים, כמה מינים של עטלפים ואפילו שני מינים של מכרסמים: נברן אינדונזי והחולדה המצויה. דומה כי כיום החיים באי עשירים ומשגשגים, אולם עדיין רחוקים מלהגיע למצב של שיווי משקל ביולוגי. גם לא כל היצורים שהתקיימו בעבר באי כבר שבו אליו. אף קשרי הגומלין שבין המינים השונים טרם הגיעו למצב של איזון. החולדות, למשל, עלולות בשנים מסוימות להתפשט יתר על המידה, ואילו בשנים אחרות קשה למצוא אפילו חולדה אחת.

באיים יאווה וסומטרה ישנם 24 מינים של טרמיטים. ששה מהם מתגוררים בעצים נשירים, שבעה מתפרנסים מחלקיהם המתים של גזעי עצים חיים, ששה מצויים בעצי מחט, וחמישה מקננים באדמה. ואילו באי קרקטואה-רקאטה, לעומת זאת, קיימים שמונה מיני טרמיטים בסך הכול. אף לא אחד מהם מקנן באדמה. רק אחד מתגורר בחלקיהם המתים של עצים חיים, רק שניים מחבבים עצי מחט, וחמישה מינים עושים את ימיהם בעצים נשירים. מהי סיבת ההבדל? אולי אדמתו הגעשית של האי רעננה מדי, ואולי העצה המתה עדיין אינה מתה די הצורך.

באוגוסט 1930 אירעה התפוצצות במעמקי הים, באותו מקום בדיוק שהשתרע בו קרקטואה בעבר, ונולד אי חדש. משום כך העניקו לו את השם אנאק קרקטואה (ילדו של קרקטואה). למדענים נקרתה הזדמנות של פעם בחיים לחקור כיצד מתחילים החיים ואיך יתקיימו בו בהשוואה להתאוששות בקרקטואה-רקאטה. איאן תורנטון (Ian Thornton) ועמיתיו שערכו עבודת מחקר במקום בשנת 1985, תיעדו את פוטנציאל הפלישה של היצורים. הם הביאו עימם מלכודות עשויות מיכלי פלסטיק שמולאו במי ים והניחו אותם על הקרקע מכוסת האפר של אנאק קרקטואה, שהיה כמעט מעוקר בעת ההיא, בדומה לקרקטואה-רקאטה בתקופה שלאחר ההתפרצות הגעשית. במשך עשרה ימים נאסף במלכודות מגוון מרשים של פרוקי רגליים שנישאו ברוח אל האי. בסך הכול זוהו 72 מיני של עכבישים, קפזנבים, צרצרים, צבתנים, פשפשים, עשים, זבובים, חיפושיות וצרעים.

פיצוץ קרקטואה הוליד תיאוריה ושמה ביוגיאוגרפיה של איים

בעקבות המעקב אחר השתנות הרכב המינים באי קרקטואה-רקאטה, ועל בסיס תצפיות חשובות באיים נוספים, פיתחו רוברט מק'ארתור (Robert MacArthur) ואדוארד ו'ילסון (Edward Wilson) תיאוריה בשם "ביוגיאוגרפיה של איים". שני החוקרים הבחינו כי עצם הגעתו של מין מסוים אל האי אינה מבטיחה כלל את הישארותו בו. כך למשל, פיתון מרושת, שנרשם בסקר שנערך בשנת 1933 לא נצפה שוב בשנת 1985, או ינשופים ושרקרקים שהגיעו לאי בשנת 1919 נרשמו גם בשנת 1985, בשעה שמינים שהגיעו לפניהם כמו בולבול שחור-ראש (Pycnonotus aurigaster) וחנקן ארוך-זנב (Lanius schach) נעלמו מן האי. לפיכך העלו הם את הרעיון שעושר המינים באי הינו תוצאה של שיווי משקל דינמי בין שני תהליכים המתרחשים בד בבד: מחד, התנחלות מתמדת של מינים חדשים, ומאידך, היעלמות מתמדת של מינים קודמים.

שני החוקרים הציעו שלושה דגמים לפיזורם של מינים באיים:

א. מספר המינים באי מייצג נקודת שיווי משקל בין קצב ההתנחלות של המינים לבין היעלמותם, וזאת בלי כל קשר ליחסי הגומלין בין המינים ולדרישות התזונתיות שלהם. בנקודת שיווי משקל זו יתייצב מספרם בכל פעם שיסטה ממנה. ו'ילסון ומק'ארתור הסתמכו על כך שמספר המינים באי קרקטואה-רקאטה נותר כמעט תמיד קבוע, אף שזהותם של המינים עשויה להשתנות. בשנת 1919, למשל, הגיע מספר מיני הציפורים באי ל-31, ומספר זה נותר קבוע, אף שמינים מסוימים נעלמו ואחרים הופיעו במקומם.

ב. ככל שהאי מרוחק יותר מהיבשת כך יש בו פחות מינים. הסיבה לכך היא שמינים רבים משוללים יכולת הגעה למרחקים ניכרים. משום כך, באיים מרוחקים מאד מן היבשת יימצאו, בדרך כלל, מינים בעלי יכולת הפצה טובה.

ג. ככל שהאי גדול יותר כך מספר המינים המצויים בו יהא רב יותר. ו'ילסון ומק'ארתור הסתמכו בכך על ההנחה שגודלן של אוכלוסיות נתון דרך קבע לעליות ולירידות, כתוצאה מגורמי אקראי רבים ושונים, ולכן ככל שהאוכלוסייה גדולה יותר, כך גדלים סיכוייה לשרוד חרף התנודות. לעומת זאת, באיים קטנים קיים סיכוי גדול יותר להיעלמותו של מין נתון, שכן האוכלוסייה של אותו מין הינה קטנה יחסית, ולכן הסיכוי להיעלמותה בנסיבות מקריות הוא גבוה למדי. כמו כן, קיימת הנחה שמינים רבים מגיעים לאי כתוצאה מאירועי אקראי, ולפיכך, ככל שהאי גדול יותר כך עולים הסיכויים שמינים רבים יותר יזדמנו אליו.

הדגם השלישי שהציעו ו'ילסון ומק'ארתור נתקל בביקורתו החריפה של דייויד לאק (David lack), שחקר בעצמו את הביולוגיה של איים. הוא טען כי איים קטנים נושאים מינים מעטים רק משום שמספר בתי הגידול שעליהם קטן. כדוגמה לכך ציין כי בים הקריבי ישנם איים בעלי גודל דומה ומרחק דומה מהיבשה, אך מספר המינים השוכנים בהם שונה למדי ותלוי בפני השטח: באיים הרריים מצויים מינים רבים יותר של ציפורים מאשר באיים המישוריים, כיוון שעל פני איים הרריים שורר מגוון אקלימי גדול יותר מאשר על פני איים מישוריים, ולכן מגוון בתי הגידול נמצא מתאים למינים רבים יותר של ציפורים.

כמו כן, נטען כי מספר המינים תלוי גם במינים עצמם המאכלסים את האיים, ולא רק בפני השטח או במימדיו. עבור ציפורים, למשל, סביר כי תוספת מיני צמחים מסוימים תעלה את האפשרות לקיומם של יותר מיני ציפורים. אם צמחים שחביבים על ציפורים ישתכנו באיים קטנים, יהיה עושר המינים בהם גדול יותר מאשר באיים גדולים שהצמחים הללו כלל אינם מצויים בהם.

אישוש התיאוריה על ידי ניסוי באיי מנגרובים

אדוארד ו'ילסון ותלמידו דניאל סימברלוף (Daniel Simberloff) ביקשו לאמת את תחזיות התיאוריה בניסוי מבוקר שערכו באיי מנגרובים זעירים במפרץ פלורידה. שיחי מנגרוב (Rhizophora mangle) יוצרים חורש הטבול במי חופי ים באזורים חמים, ומאפיינים אותם שורשי אוויר המזדקרים מן המים ומסייעים להם בנשימה. זוהי מערכת מאד הומוגנית מפני שמדובר במין צמח אחד. היא מקיימת חברות של פרוקי רגליים שונים: חרקים, עכבישים, סרטנים ועוד. שני החוקרים ביקשו, אם כן, לבדוק את קצב התנחלות של המינים באיים ואת קצב החילוף שלהם.

הבחירה באיי מנגרובים נעשתה משני שיקולים: ניתן לשנות ולבקר את גודלם. כמו כן, מגוון טיפוסי בתי הגידול שבאיים נקבע אך ורק על פי מורפולוגית הצמחים: ענפים מתים וחלולים, פרחים, סדקים בקליפות הגבעולים, שורשים, פירות, עלים. אי לכך יהא מספר טיפוסי בתי הגידול זהה הן באי קטן המכיל מעט פרטים של מנגרוב, והן באי גדול המכיל פרטים רבים יותר.

המחקר בוצע בשלבים הבאים:

– עריכת סקר מקיף של כל מיני היצורים המתקיימים באיים.
– הקטנת חלק מהאיים באמצעים מכאניים.
– פרישת אוהלי ענק וריסוס בקוטלי חרקים על מנת להשמיד את כל פרוקי הרגליים.
– מעקב מתמיד אחר אכלוסם מחדש של האיים.

מתוצאות הניסוי נתברר כי באיים שרוססו ולא שונה גודלם, התייצב מספר המינים לאחר כמחצית השנה והיה קרוב ביותר למספר שקדם לריסוס. עם זאת, הרכב המינים בכל אי השתנה. תוצאות אלו מאששות לפיכך את ההנחה הראשונה בתיאוריה שלפיה קיים שיווי משקל דינמי, שבו עושר המינים אינו משתנה אך הרכב המינים נתון לשינוי.

מתוצאות הניסוי נתברר גם כי באיים המרוחקים ביותר מהיבשת היה מספר המינים הקטן ביותר וקצב ההתנחלות באיים אלה היה הקטן ביותר. תוצאות אלה מאששות את ההנחה השנייה בתיאוריה. כמו כן, נתברר כי מספר המינים באיים ירד כאשר הופחת גודלם. תוצאות אלה מאששות, כמובן, את ההנחה השלישית בתיאוריה שלפיה יש תלות בין גודל האי לבין מספר המינים שמצויים בו, ותלות זו אינה תלויה במגוון בתי הגידול.

עוד נתברר כי אומנם מיני היצורים שבו והתנחלו באיים, והיתה חזרה לנקודת שיווי המשקל המקורית. אולם, בשלבי ההתנחלות המוקדמים היתה עלייה מעבר לנקודת שיווי המשקל, ורק לאחריה חלה ירידה לרמתה הקודמת טרם הניסוי. נראה כי איים יכולים לשאת מספר גבוה של מינים כל עוד האוכלוסייה הכוללת שבהם קטנה מאד, אולם כשהאוכלוסיות כוללות כבר פרטים רבים, הרי שתחרות וטריפה גורמות להיעלמותם של כמה מינים מכל אי ואי.

ראו גם:

כשתרנגול הודו טועם מפירות עץ הדודו – על שיטות הפצה של צמחים
עץ תמר שעבר את גילו של מתושלח – על שיטות הפצה של צמחים
הדילמה המסובכת של צמחים – על שיטות הפצה של צמחים
האסיר שקנה את חירותו במחיר מותם של רבבות – על התפרצות וולקנית באי מרטיניק

לקריאה נוספת:

Edward Wilson & Robert MacArthur – The theory of island biogeography. 1967

Daniel Simberloff & Edward Wilson. 1970. Experimental zoogeography of islands. A two-year record of colonization. Ecology 51: 934–937

David lack – Island biology. 1976.

Ian Thornton – Krakatau: The destruction and reassembly of an island ecosystem.

מילות מפתח: קרקטואה, קרקטאו, התפרצות וולקנית, הר געש, אי, איים, ביוגיאוגרפיה

שמות חלופיים: אדוארד וילסון, אדוארד ווילסון, רוברט מקארתור

מודעות פרסומת

יצירה של אתר חינמי או בלוג ב־WordPress.com.
Entries וכן תגובות feeds.