بحيرة ماتانو

تُعد بحيرة ماتانو (بالإندونيسية: Danau Matano)، المعروفة أيضاً باسم ماتانا، بحيرة استوائية تقع في مديرية لوو الشرقية بمقاطعة سولاوسي الجنوبية في إندونيسيا، وتبرز أهميتها بفضل بيئة طبقاتها العميقة الفريدة.

يصل عمق البحيرة إلى ، مما يجعلها أعمق بحيرة في إندونيسيا (وفقاً لأقصى عمق)، وتحتل المرتبة الحادية عشرة في قائمة البحيرات حسب العمق، كما تُصنف كأعمق بحيرة تقع على جزيرة في العالم. ويرتفع سطح البحيرة عن متوسط مستوى سطح البحر بمقدار  فقط، مما يعني أن أعمق أجزاء البحيرة تقع تحت مستوى سطح البحر (منخفض غائر). وهي واحدة من البحيرتين الرئيسيتين (الأخرى هي بحيرة تووتي) في نظام بحيرات ماليلي. وتُصنف ماتانو ضمن البحيرات القديمة، إذ تشكلت في أخدود تكتوني منذ ما يقرب من مليون إلى مليوني عام.

تحتضن بحيرة ماتانو ومنطقة مسقطها المائي عدداً كبيراً من أنواع الكائنات الحية والغطاء النباتي المتوطن. وتتميز صخور وتربة منطقة المسقط المائي باحتوائها على كميات مرتفعة نسبياً من الحديد. وبما أن درجات الحرارة في جزيرة سولاوسي لا تتغير جذرياً على مدار العام، فإن الـ طبقة مائية عليا لا تبرد أبداً لدرجة تسمح لها بالاختلاط مع الـ طبقة مائية سفلية. وتكتسب البيئة في الطبقة المائية السفلية أهمية علمية كبيرة نظراً لتشابهها المحتمل مع المحيطات التي كانت موجودة في دهور الدهر السحيق وحقبة الطلائع القديمة، وذلك قبل وقوع حدث الأكسدة الكبير. وقد خضع النشاط الكيميائي الحيوية الجيولوجي في هذه الطبقة السفلية للدراسة بوصفه نموذجاً يحاكي تلك المحيطات الغابرة.

 البيئة 
 المسقط المائي 
يمتد المسقط المائي لبحيرة ماتانو على مساحة تبلغ نحو 436 كيلومتراً مربعاً، أي ما يعادل 2.7 مرة من مساحة سطح البحيرة تقريباً. وتتكون تربة هذا المسقط من أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد بنسب قد تتجاوز 20%، وهو ما يفسر الارتفاع الملحوظ لمحتوى الحديد في مياه البحيرة. كما توجد كميات كبيرة من الصخور الكربوناتية في الجهة الجنوبية من البحيرة. وفي كل عقد من الزمان، تتعرض نحو 2% من مساحة المسقط المائي لإزالة الغابات بغرض استصلاح أراضٍ زراعية جديدة، والتي قد تتحول بدورها إلى مصدر للمغذيات يؤدي إلى حدوث ظاهرة "الإثراء الغذائي". ومن شأن هذا الأمر أن يزعزع استقرار البيئة الفريدة للبحيرة ويقلص أعداد الأنواع المتوطنة فيها؛ علماً أن بحيرة ماتانو تُعد بالفعل عرضةً لاستقبال النيتروجين الناتج عن الأنشطة البشرية من الغلاف الجوي بسبب موقعها الجغرافي.

 المناخ ودورة المياه 
تقع بحيرة ماتانو ضمن منطقة مناخية استوائية، وتمر بموسمين هما الموسم المطير والموسم الجاف، مع استقرار نسبي في درجات الحرارة طوال العام. وبسبب ثبات درجات الحرارة البيئية، لا تبرد مياه الطبقة المائية العليا بالقدر الكافي الذي يسمح لها بالتبادل والاختلاط مع الطبقة المائية السفلية. كما يساهم التركيز المرتفع نسبياً لـ إجمالي المواد الصلبة المذابة في الطبقات العميقة في زيادة كثافتها، مما يعيق اختلاط هذه الطبقات بشكل أكبر. وقد لُوحظ أن كثافة الطبقة العليا -التي تمتد لنحو 100 متر تحت السطح- تزداد خلال الموسم الجاف (وإن لم يكن ذلك بالقدر الكافي لحدوث الاختلاط)، بينما تنخفض خلال الموسم المطير. أما تحت الطبقة العليا، فتظل الكثافة ثابتة بوجه عام طوال العام. وبما أن الطبقة السفلية لا تستقبل مياهاً من الطبقة العليا، فإن البيئة الفيزيائية والكيميائية في الأعماق تختلف اختلافاً جذرياً عن نظيرتها في الطبقة السطحية.
 الحياة النباتية والحيوانية 

 الحياة النباتية 

 السرخسيات 

تزخر حوض بحيرة ماتانو بتنوع هائل من أنواع السرخسيات (الخناشار)، والتي تنتمي إلى عائلات نباتية عدة، منها:
 عائلة العديانطية (Adiantaceae).
 عائلة الدوالية (Davalliaceae).
 سراخس التبن العطرية (Dennstaedtiaceae).
 العائلة المشققة (Schizaeaceae).

ويُلاحظ أن بعض هذه الأنواع، مثل "المشققة"، لا توجد عادةً إلا في المناطق الواقعة أسفل خط والاس في أماكن مثل غينيا الجديدة. وفي المقابل، توجد عائلات أخرى -ومنها "العديانطية"- أعلى خط والاس في مناطق مثل بورنيو. ويُرجح أن بعض الأنواع، مثل (ليندسيا بيلايفورميس)، تُعد أنواعاً متوطنة في جزيرة سولاوسي التي تحتضن بحيرة ماتانو.

 الدياتومات 

تُعد بحيرة ماتانو موطناً لنحو خُمس أنواع الدياتومات المتوطنة؛ وينتمي أكبر عدد من أنواع الدياتومات في نظام بحيرات ماليلي إلى جنس "سورييريلا" (Surirella). ورغم تدفق مياه بحيرة ماتانو عبر الأنهار إلى بحيرتي ماحالونا وتووتي، إلا أن هذا التدفق لا يبدو كافياً لنشر دياتومات ماتانو إلى هاتين البحيرتين؛ إذ إن نسبة الأنواع المشتركة بينهما وبين ماتانو (نحو النصف تقريباً) تتماثل مع النسبة الموجودة في بحيرة ماسابي، وهي بحيرة أخرى في سولاوسي منفصلة تماماً عن بحيرة ماتانو.

ومن الأمثلة على أنواع الدياتومات التي تنفرد بها بحيرة ماتانو:
 (سوريريلا بيسيرياتا هيتيروبوليس).
 (سوريريلا سيليبسيانا ماتانينسيس).
 (جومفونيما ماتانينسيس): والذي يُعد مثالاً على ظاهرة العملقة في الدياتومات.
 (سيمبيلا ديستينغويندا): وهو نوع متوطن آخر، وقد جادل بعض الباحثين بأنه قد يشكل جنساً منفصلاً بحد ذاته للدياتومات.
 الحياة الحيوانية 

تحتضن بحيرة ماتانو العديد من أنواع الحيوانات والأسماك المتوطنة (مثل روبيان "كاريدينا"،von Rintelen, K., and Y. Cai (2009). Radiation of endemic species flocks in ancient lakes: systematic revision of the freshwater shrimp Caridina H. Milne Edwards, 1837 (Crustacea: Decapoda: Atyidae) from the ancient lakes Of Sulawesi, Indonesia, with the description of eight new species. Raffles Bulletin of Zoology 57: 343-452. والسرطانات الباراثلفوسيدية،Chia, O. C. K. and Ng, P. K. L. (2006). The freshwater crabs of Sulawesi, with descriptions of two new genera and four new species (Crustacea: Decapoda: Brachyura: Parathelphusidae). Raffles Bulletin of Zoology Singapore 54: 381–428. وحلزونات "تيلوميلانيا"von Rintelen, T., K. von Rintelen, and M. Glaubrecht (2010). The species flock of the viviparous freshwater gastropod Tylomelania (Mollusca: Cerithioidea: Pachychilidae) in the ancient lakes of Sulawesi, Indonesia: the role of geography, trophic morphology and colour as driving forces in adaptive radiation. pp. 485-512 in: Glaubrecht, M., and H. Schneider, eds. (2010). Evolution in Action: Adaptive Radiations and the Origins of Biodiversity. Springer Verlag, Heidelberg, Germany.).

وقد قُورنت الأسماك المتوطنة في ماتانو بمجمعات الأنواع الموجودة في بحيرات الوادي المتصدع في أفريقيا؛ فعلى الرغم من أنها ليست بذات القدر من التنوع، إلا أنه يُعتقد أنها انحدرت جميعها من نوع سلفي واحد وتنوعت إلى أنواع عديدة ومختلفة تشغل الآن العديد من المثاوي البيئية التي كانت شاغرة سابقاً، وهو ما يظهر جلياً في فصيلة الأسماك الشراعية (تيلماثيرينيداي).Herder, F., J. Pfaender, and U.K. Schliewen (2008). Adaptive sympatric speciation of polychromatic "roundfin" sailfin silverside fish in Lake Matano (Sulawesi). Evolution 62(9): 2178-95 وتشمل الأسماك المتوطنة وشبه المتوطنة من الفصائل الأخرى أنواعاً مثل (Glossogobius matanensis)، و (Mugilogobius adeia)، و (Nomorhamphus weberi)، و (Oryzias matanensis).

وتواجه العديد من هذه الأنواع المتوطنة تهديدات خطيرة نتيجة التلوث ووقوعها ضحية لـ الافتراس أو التنافس من قِبل مجموعة واسعة من الأنواع المستقدمة، ومنها أسماك السيشليد (فلورهورن).Herder, F., U.K. Schliewen, M.F. Geiger, R.K. Hadiaty, S.M. Gray, J.S. McKinnon, R.P. Walter and J. Pfaender (2012) Alien invasion in Wallace's Dreamponds: records of the hybridogenic "flowerhorn" cichlid in Lake Matano, with an annotated checklist of fish species introduced to the Malili Lakes system in Sulawesi. Aquatic Invasions 7(4): 521–535 كما لا يُعرف وجود ثعبان الماء (Enhydris matannensis) إلا في المناطق المجاورة لبحيرة ماتانو وفي جزيرة مونا.
 النشاط الميكروبي والكيميائي الحيوي 

 تكوينات الحديد الحزامي 
تصغير|يوضح الرسم الهيكل الجزيئي لليخضور الجرثومي (هـ). وتستخدم فصيلة البكتيريا "المخضرة" (Chlorobiaceae)، وهي نوع من بكتيريا الكبريت الخضراء، اليخضور الجرثومي (هـ) للتمثيل الضوئي غير الأكسجيني في المنطقة العميقة الخالية من الأكسجين. تُعد البيئة في الطبقة المائية السفلية لبحيرة ماتانو شبيهة ببيئة المحيطات في الدهر السحيق وبداية دهر الطلائع، أي قبل وقوع حدث الأكسدة الكبير. ويُعزى ذلك إلى أن تلك المحيطات -مثل بحيرة ماتانو حالياً- كانت تفتقر على الأرجح إلى الكبريتات والأكسجين، بينما احتوت على كميات مرتفعة نسبياً من الحديد ثنائي التكافؤ ($Fe^{II}$).

وقد ترسبت تكوينات الحديد الحزامي التي تحتوي على الحديد بنوعيه ثنائي التكافؤ ($Fe^{II}$) وثلاثي التكافؤ ($Fe^{III}$) في مثل هذه البيئات. ولا يزال الغموض يكتنف طريقة تشكل الحديد ثلاثي التكافؤ في تلك الظروف؛ إلا أن أحد الاحتمالات القوية يكمن في وجود "البكتيريا المؤكسدة للحديد ضوئياً" (Photoferrotrophs).

وكما كان الحال في محيطات ما قبل حدث الأكسدة الكبير، أدى انخفاض توفر الفوسفات إلى الحد من أشكال الحياة التي يمكن للطبقة المائية العليا دعمها؛ ونتيجة لذلك، ينفذ قدر كافٍ من الإشعاع الشمسي لتمكين بكتيريا الكبريت الخضراء من إجراء عملية التمثيل الضوئي باستخدام اليخضور الجرثومي (هـ)، حتى في أعماق تتجاوز 100 متر. وفي بيئة مثل بحيرة ماتانو، توصف عملية "الأكسدة الضوئية للحديد" التي تقوم بها هذه البكتيريا بالمعادلة التالية:

{HCO3^-} + {4Fe^{II}} + {10H2O} ->[{light}][{}] {CH2O} + {4Fe(OH)3} + 7H+

يتمتع الحديد الناتج بحالة أكسدة تبلغ (+3)، مما قد يفسر وجود الحديد ثلاثي التكافؤ في تكوينات الحديد الحزامي. ويُعتقد أن معظم الحديد ثلاثي التكافؤ يكون مغطى بالحديد ثنائي التكافؤ بدلاً من أن يكون مكشوفاً للكائنات الحية لاستخدامه. ومع ذلك، تُختزل كمية ضئيلة من الحديد ثلاثي التكافؤ -تكفي لاستهلاك جزء من ثلاثين من الكربون العضوي- بواسطة الميكروبات لأغراض التنفس.
 دورة الميثان 
يكاد ينعدم الميثان تماماً فوق عمق 105 أمتار تقريباً؛ ثم يتزايد تركيزه باطراد حتى عمق 200 متر قبل أن يستقر عند حوالي 1.25 مللي مول/لتر. ويشير مقدار الكربون-14 في عينات الميثان المأخوذة من البحيرة إلى أن عمر الميثان لا يتجاوز ألفي عام تقريباً، وبذلك لا يمكن أن يكون قد تشكل نتيجة لنشاط منفس مائي حراري. كما تبلغ قيمة نظير الكربون (δ13C-CH4) في بحيرة ماتانو حوالي -70 في الألف، مما يرجح أن الكربون الموجود في الميثان مشتق من كائنات حية.

تتم عملية توليد الميثان في بحيرة ماتانو تحت عمق 110 أمتار بأسلوب لا هوائي، ويُرجح حدوثها عن طريق استقلاب الخلات (الأسيتات) أو من خلال اختزال ثاني أكسيد الكربون باستخدام الهيدروجين ($H_2$). ومن المحتمل أن أي أكسجين يصل إلى المنطقة الخالية من الأكسجين سيؤدي إلى أكسدة الحديد ثنائي التكافؤ ($Fe^{II}$) لا أحيائياً، بدلاً من أكسدة الميثان. ولا يزال الغموض يكتنف كيفية حدوث أكسدة الميثان عند عمق 122 متراً، نظراً للانعدام التام للكبريتات أو النترات؛ ويُعد الاقتران مع عملية الاختزال المحفزة لهيدروكسيد الحديد والمنجنيز أحد الاحتمالات المطروحة.

تبلغ قيمة δ13C-CO2 حوالي -8 في الألف أسفل الطبقة المائية العليا. وقد يرجع فقر ثاني أكسيد الكربون بالنظير الثقيل إلى هذا الحد لأن الكربون الموجود فيه ناتج عن أكسدة الميثان المستنزف أصلاً، أو لامتلاكه مصدراً غير معروف حتى الآن. ويظهر هذا الاستنزاف بشكل أكبر عند عمقي 104 أمتار و122 متراً، مما قد يشير إلى حدوث أكسدة حيوية للميثان. أما وجود منطقة أقل استنزافاً لنظير الكربون عند عمق 110 أمتار تقريباً، فقد يعود إلى استقلاب ثاني أكسيد الكربون بواسطة بكتيريا الكبريت الخضراء.

وفي البيئات المؤكسجة، مثل تلك الموجودة في معظم الأنظمة البيئية الحديثة، تُقصى مولدات الميثان من المنافسة على استقلاب الكربون العضوي؛ بحيث لا يتم تحويل أكثر من 99% من الكربون العضوي إلى ميثان سنوياً. وبما أن معظم هذه الكائنات المتنافسة هوائية، فمن المرجح أن هذه المنافسة لم تكن موجودة بذات القدر في البيئات الخالية من الأكسجين التي سادت قبل حدث الأكسدة الكبير، والتي تتوفر حالياً في أماكن مثل الطبقة المائية السفلية لبحيرة ماتانو. وبسبب هذا النقص النسبي في المنافسة، يتم استقلاب كميات أكبر من الكربون العضوي إلى ميثان. ولا تزال النسبة المئوية الدقيقة للكربون المستقلب إلى ميثان غير محددة؛ حيث تشير التقديرات إلى تراوحها بين 5-10% وتصل في بعض التقديرات الأخرى إلى 80%.

 انظر أيضاً 
 تكوين الحديد الحزامي
 الدهر السحيق
 حدث الأكسدة الكبير
 مياه خالية من الأكسجين

 المراجع 

تصنيف:بحيرات سولاوسي
تصنيف:تضاريس سولاوسي الجنوبية
تصنيف:حوض بانكيرو