شعاب فخارية منتَجة بالطباعة ثلاثية الأبعاد قد تُنقذ شعاب العالم المَرجانية من الاندثار

لماذا تحظى الشعاب المَرجانية بأهمية كبيرة؟

تُسمى الشعاب المَرجانية في كثير من الأحيان “غابات البحر المطيرة” Rainforests of the sea. فهي توفر موئلاً Habitat لعدد كبير من الكائنات الحية، من أصغر اللافقاريات إلى الأنواع الهائلة الحجم التي تلتقطها سفن الصيد التجارية. كل أشكال الحياة- الميكروبات والحيوانات الصغيرة وكل شيء- تعتمد على الشعاب المرجانية.

إنها على درجة قصوى من الأهمية للمجتمعات الساحلية؛ من حيث توفير سبل العيش، وللاقتصاد والسياحة. تساعد الشعاب المرجانية أيضاً على كسر الأمواج حتى لا تؤدي إلى تآكل الجزر والمدن الساحلية. وسواء بنحو مباشر أو غير مباشر، نستفيد جميعنا بطريقةٍ ما من الشعاب المرجانية.

ما الشكل البنيوي للحيد المرجاني؟

إذا جُرد الحيد المرجاني Reef من كل الشعاب المرجانية الحية والإسفنج والأشياء المختلفة التي يتكون منها، فسيتبقى لنا شيء يشبه تقريباً قطعة من الصخر. ولكن عندما يستقر المرجان وكائنات بناء الحيد المرجاني الأخرى وتبدأ في النمو على هذه البنية الصخرية، فإنها تبدأ في بناء وتكوين الحيد المرجاني.

تواجه الشعاب الاصطناعية الحالية صعوبة في تكرار تعقيد الموائل المرجانية واستضافة الأنواع التي تعكس ما نجده في بيئة الحيود الطبيعية. ما نضطلع به في بحثنا هو في الأساس استخراج الخصائص الأساسية للحيد المرجاني باستخدام التصوير والنمذجة ثلاثية الأبعاد. إذا تخيلنا إلقاء بطانية فوق الشعاب المرجانية، فسنرى شكل البطانية. نحن في الأساس نأخذ هذا الشكل ونبني مثيلاً له.

كيف تلتقطون صورة مسحية للشعاب المرجانية؟

التقط زملاؤنا آلاف الصور تحت الماء وجمعوها معاً في برمجيات التصوير. يؤدي هذا إلى إنشاء نموذج واقعي للحيد المرجاني دقيق جداً مع كثير من التفاصيل الدقيقة جداً. يمكننا تحريك النموذج وتكبيره وتصغيره، وغير ذلك. ويمكننا أيضاً وضع علامة على الأنواع المختلفة من الشعاب المرجانية وتسميتها.

لقد دخلنا في شراكة مع فريق للتصميم والطباعة ثلاثية الأبعاد لتفسير المعلومات ووضعها في برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) الذي يمكن بعد ذلك للطابعة ثلاثية الأبعاد أن تقرأه. ستحاول الطابعة بنحو أساسي إعادة بناء التعقيد نفسه بكل التفاصيل في محاكاة للتصميم الذي غذيناها به.

“يمكن تحميل نمذجيات CAD ثلاثية الأبعاد على الإنترنت. يمكن لأي شخص لديه معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد المطلوبة أن يستعين بنمذجيات CAD لبناء حيد”

كيف تحدث عملية الطباعة؟

تأتي الطباعة ثلاثية الأبعاد من مصطلح صناعي يُسمى “التصنيع الإضافي” Additive manufacturing. الأمر بمثل هذه البساطة. إنه حرفياً إضافةُ طبقات وبناؤها بعضِها فوق بعض. تبدأ الطابعة في إنشاء مخطط تفصيلي للهيكل وتستمر في البناء على ذلك. إنها تبني طبقات سداسية الشكل. تَعرف الطابعة كيف عليها أن تفسر التصميم وكيف عليها أن تضيف طبقات المادة.

نستخدم طمي التراكوتا الذي يصير خزفياً عند تسخينه في فرن السيراميك. بعد تسخينه في الفرن يحافظ الطين على مساميته، وهو أمر مهم جداً لبنية نريد وضعها تحت الماء. كما أن له خصائص مشابهة للهيكل المرجاني الحقيقي.

ما النجاح الذي حققتموه في المرحلة الحالية؟

لقد نشرنا هذه الشعاب في البحر الأحمر. في الوقت الحالي، ما زلنا في مرحلة الرصد وجمع البيانات. لقد نشرنا بلاطات من السيراميك المعد عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد المصنوع من المادة نفسها، وباستخدام العملية نفسها، ولكن ليس لها تلك الهيكليات المعقدة الضخمة.

أردنا إجراء دراسة لفهم كيف تتفاعل الكائنات المرجانية مع هذه المادة. أردنا معرفة كيف ستستقر على تلك البنية، وما الأنواع التي يمكنها الاستقرار عليها، وما إذا كانت ستكون من الأنواع نفسها التي كنا سنراها على الشعاب المرجانية الطبيعية.

يُعرف منذ فترة أن الطمي مادة رائعة للكائنات المرجانية، والطريقة التي نستخدمه بها تسير حقاً على نحو جيد. كنا نعلم أن كائنات بناء الشعاب المرجانية ستستقر على الشعاب التجريبية إذا أضفناها إليها، ولكن على الشعاب التي نشرناها في البحر الأحمر، رأينا معظم الكائنات الحية الرئيسة التي تبني الحيود المرجانية تستقر عليها بنمط طبيعي.

نحن نتابع هذه البنى من خلال تصويرها وسنبدأ قريباً في مراقبتها باستخدام الحمض النووي البيئي eDNA. نأمل أن نرى التحسين الإضافي نفسه [في الحيد المرجاني] وزيادة أكبر في التنوع البيولوجي مما قد نحصل عليه إذا وضعنا مجردَ كتلة من الإسمنت أو شيئاً ما في الماء.

هل يمكن تكرار استخدام هذه التقنية في أماكن أخرى؟

هذه هي الفكرة من وراء ذلك. أردنا تنفيذ خوارزمية ونموذج يمكن استخدامه لدعم أي شعاب مرجانية تحتاج إلى ذلك. لذا يمكن الذهاب وإجراء مسح ضوئي ثلاثي الأبعاد وإنشاء نماذج للشعاب المرجانية في كولومبيا وبنما والبرازيل… أينما دعت الحاجة.

يمكن تحميل نمذجيات CAD ثلاثية الأبعاد على الإنترنت وجعلها متاحة لأي شخص لتحميلها مجاناً. يمكن لأي شخص لديه معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد المطلوبة أن يستعين بنمذجيات CAD لبناء حيد. بدأ باحثون في معاهد أخرى في أنحاء مختلفة من العالم ذلك بالفعل.

ما الخطوات اللاحقة للمشروع؟

حسناً، ما نحلم به هو، إذا استطعنا الحصول على تمويل كبير، أن نتمكن من تنفيذ هذا المشروع في عديد من الشعاب المرجانية في مختلف أنحاء العالم.

فلسفتنا هي أننا نريد مساعدة معظم الشعاب المرجانية الآخذة في التدهور. الفكرة هي أن يكون لدينا مشروع ضخم لترميم الشعاب المرجانية باستخدام هياكلنا في أي مكان يحتاج فيه الناس إلى توسيع الحيود المرجانية، للسماح للشعاب المرجانية بالاستقرار والنمو. يمكن لأيٍّ كان في أي مكان في العالم استخدامُ تقنيتنا. نحن نبحث حقاً عن أشخاص قادرين على مساعدتنا، والعمل معنا، للمساعدة في المساهمة في حلم تأمين الحماية للشعاب المرجانية.

________________________________________________________________________________________________________________________

ناتالي ليفي Natalie Levy