مکانیسم تغییر رنگ دریاچه ارومیه: چرا نگین فیروزه‌ای ایران در تابستان‌ها خونین می‌شود؟

در ۲۳ آوریل ۲۰۱۶، ماهواره آکوا (Aqua) متعلق به ناسا تصویری از دریاچه ارومیه ثبت کرد که در آن آب‌ها به رنگ سبز تیره می‌درخشیدند. اما تنها چند ماه بعد، در اواسط ژوئیه، همان ماهواره لنز خود را به سمت شمال غرب ایران چرخاند و با صحنه‌ای کاملاً متفاوت روبرو شد: نگین فیروزه‌ای ایران به رنگ سرخ شرابی درآمده بود. این تغییر رنگ ناگهانی که شبیه به ریخته شدن خون در پهنه‌ای به وسعت هزاران کیلومتر مربع است، سال‌هاست که در فصل تابستان تکرار می‌شود. اما چه چیزی در اعماق این آب‌های شور رخ می‌دهد که چنین دگرگونی عظیمی را رقم می‌زند؟[1]

برای درک این پدیده، ابتدا باید به فیزیک و هیدرولوژی دریاچه نگاه کنیم. دریاچه ارومیه یک حوضه بسته است؛ به این معنی که آب از طریق رودخانه‌ها به آن وارد می‌شود، اما هیچ راه خروجی جز تبخیر ندارد. در فصل بهار، ذوب شدن برف کوه‌های اطراف و بارش باران، حجم زیادی از آب شیرین را وارد دریاچه می‌کند. این جریان آب شیرین، غلظت نمک را کاهش داده و شرایط را برای حفظ رنگ سبز طبیعی آب فراهم می‌کند. اما با آغاز تابستان، ورق برمی‌گردد.[2]

گرمای شدید تابستان و قطع شدن جریان آب شیرین، موتور تبخیر را با تمام توان روشن می‌کند. در این زمان، شوری آب به شدت بالا می‌رود و گاهی به بیش از ۳۰۰ گرم در لیتر می‌رسد؛ یعنی حدود هشت برابر شورتر از آب اقیانوس‌ها. در چنین محیط فوق‌شوری (Hypersaline)، تقریباً هیچ موجود زنده‌ای نمی‌تواند زنده بماند. اما طبیعت همیشه راهی برای بقا پیدا می‌کند. در اینجا، دو بازیگر میکروسکوپی وارد صحنه می‌شوند که مسئول اصلی این رنگ‌آمیزی شگفت‌انگیز هستند.[2]

بازیگر اول، یک ریزجلبک تک‌سلولی به نام دونالیلا سالینا (Dunaliella salina) است. در شرایط عادی و شوری پایین، این جلبک مانند اکثر گیاهان به رنگ سبز است. اما زمانی که شوری آب به حد اشباع می‌رسد و تابش نور خورشید در روزهای طولانی تابستان به اوج خود می‌رسد، سلول‌های این جلبک تحت استرس شدیدی قرار می‌گیرند. برای جلوگیری از آسیب دیدن ساختار سلولی در برابر اشعه فرابنفش و شوری کشنده، دونالیلا سالینا شروع به تولید مقادیر عظیمی از کاروتنوئیدها (رنگدانه‌هایی مشابه آنچه در هویج یافت می‌شود) می‌کند.[1]

این کاروتنوئیدها مانند یک ضدآفتاب بیولوژیکی عمل کرده و سلول را در یک سپر محافظ سرخ‌رنگ می‌پوشانند. وقتی میلیاردها سلول جلبک به طور همزمان این سپر محافظ را فعال می‌کنند، رنگ کل دریاچه از سبز به سرخ تغییر می‌کند. این یک واکنش شیمیایی ساده نیست، بلکه یک مکانیسم دفاعی تکاملی است که در مقیاس ماکرو قابل مشاهده است.[1]

اما جلبک‌ها تنها مقصران این تغییر رنگ نیستند. بازیگر دوم، خانواده‌ای از آرکی‌باکتری‌های باستانی به نام هالوباکتریاسه (Halobacteriaceae) هستند. این میکروارگانیسم‌های نمک‌دوست، عاشق محیط‌هایی هستند که نمک در آن‌ها به حد بلور شدن رسیده است. برخلاف گیاهان که از کلروفیل برای فتوسنتز استفاده می‌کنند، این باکتری‌ها برای تولید انرژی از نور خورشید، رنگدانه‌ای به نام باکتریورودوپسین (Bacteriorhodopsin) ترشح می‌کنند.[1]

باکتریورودوپسین نور سبز را جذب کرده و نور قرمز را بازتاب می‌دهد. هنگامی که در اواسط تابستان، جمعیت این باکتری‌ها در آب‌های گرم و فوق‌شور ارومیه منفجر می‌شود، ترشحات آن‌ها رنگ سرخ آب را تشدید می‌کند. ترکیب سپرهای محافظ جلبک‌ها و پنل‌های خورشیدی باکتری‌ها، دریاچه را به یک سوپ زرشکی‌رنگ از حیات اکسترموفیل (Extremophile) تبدیل می‌کند.[1]

این تغییر رنگ، اگرچه از نظر بصری خیره‌کننده است، اما پیامدهای اکولوژیکی مهمی دارد. آرتمیا ارومیانا (Artemia urmiana)، سخت‌پوست کوچکی که بومی این دریاچه است، پایه اصلی شبکه غذایی را تشکیل می‌دهد. آرتمیا می‌تواند شوری‌های بالا را تحمل کند، اما زمانی که غلظت نمک از مرز ۲۵۰ گرم در لیتر عبور می‌کند و آب سرخ می‌شود، حتی این جانور سرسخت نیز برای بقا و تولید مثل با مشکل مواجه می‌شود.[2]

کاهش جمعیت آرتمیا به معنای کاهش منبع غذایی برای پرندگان مهاجری مانند فلامینگوها و پلیکان‌هاست که در مسیر مهاجرت خود به این دریاچه وابسته هستند. بنابراین، رنگ سرخ دریاچه تنها یک پدیده زیبای طبیعی نیست، بلکه یک نشانگر زیستی (Biomarker) است که نشان می‌دهد اکوسیستم به بالاترین حد استرس خود رسیده است.[2]

این پدیده بیولوژیکی مختص دریاچه ارومیه نیست. دریاچه نمک یوتا در ایالات متحده، بخش‌هایی از دریای مرده (بحرالمیت) و دریاچه‌های نمک در چین و استرالیا نیز مکانیسم‌های مشابهی را تجربه می‌کنند. در تمام این محیط‌های خشن، حیات میکروسکوپی از استراتژی‌های مشابهی برای مهار انرژی خورشید و فرار از مرگ در محلول‌های اشباع نمک استفاده می‌کند.[3]

در نهایت، سرخ شدن دریاچه ارومیه داستانی از مقاومت حیات در برابر شرایط مرگبار است. این رنگ خونین، نشانه مرگ دریاچه نیست، بلکه فریاد زنده بودن میکروارگانیسم‌هایی است که در یکی از خشن‌ترین محیط‌های روی زمین، با استفاده از شیمی و فیزیک، راهی برای ادامه زندگی یافته‌اند.[4]