النظام البيئي المصغر

الميزوكوزم ( ميزوكوزم ، أو "وسط"، و" كوزم " ، أو "عالم") هو أي نظام تجريبي خارجي أو داخلي يدرس البيئة الطبيعية في ظل ظروف مضبوطة. وبهذه الطريقة، توفر دراسات الميزوكوزم صلة بين المسوحات الميدانية والتجارب المختبرية شديدة التحكم. ^{[ 1 ]}

تميل البيئات التجريبية إلى أن تكون متوسطة الحجم إلى كبيرة (على سبيل المثال، نطاق البيئات التجريبية المائية: 1 لتر (34 أونصة سائلة أمريكية ) إلى 10000 لتر (2600 جالون أمريكي ) +) وتحتوي على مستويات غذائية متعددة من الكائنات الحية المتفاعلة.     

على عكس التجارب المختبرية ، تُجرى دراسات النظم البيئية المصغرة عادةً في الهواء الطلق لدمج التباين الطبيعي (مثل الدورات اليومية ). ويمكن إجراء هذه الدراسات إما في بيئة مغلقة صغيرة بما يكفي للتحكم في المتغيرات الرئيسية، أو عن طريق جمع المكونات الأساسية للبيئة الطبيعية ميدانيًا لإجراء المزيد من التجارب. وفي علم البيئة الساحلية والمائية، يمكن أيضًا تصميم نظم بيئية مصغرة متخصصة لمحاكاة مناخات الأمواج، مما يسمح بإجراء تجارب على التأثيرات الهيدروديناميكية على الكائنات الحية والرواسب والعمليات البيوجيومورفولوجية. ^{[ 2 ]}

أُجريت دراسات واسعة النطاق باستخدام البيئات المصغرة لتقييم كيفية تفاعل الكائنات الحية أو المجتمعات مع التغيرات البيئية، من خلال التلاعب المتعمد بالمتغيرات البيئية، مثل ارتفاع درجة الحرارة أو ثاني أكسيد الكربون أو مستويات الرقم الهيدروجيني. ^{[ 3 ]}

تكمن ميزة دراسات النظم البيئية المصغرة في إمكانية التحكم في التدرجات البيئية ذات الأهمية (مثل ارتفاع درجات الحرارة) أو دمجها، وذلك لفصل وفهم الآليات الكامنة التي تؤثر على نمو أو بقاء الأنواع أو التجمعات أو المجتمعات الحيوية محل الاهتمام. ومن خلال التلاعب بالتدرجات (مثل المتغيرات المناخية)، يمكن لدراسات النظم البيئية المصغرة أن تتجاوز البيانات المتاحة، مما يساعد على بناء نماذج أفضل لتأثيرات السيناريوهات المختلفة. كما تتضمن تجارب النظم البيئية المصغرة عادةً تكرار مستويات المعالجة المختلفة.

يمكن أن يُعطي التلاعب بشيء ما فكرةً عما يُمكن توقعه في حال حدوث أمرٍ ما في ذلك النظام البيئي أو البيئة. ^{[ 3 ]} بالنسبة للتجارب البيئية المصغرة الداخلية، تُتيح غرف النمو تحكمًا أكبر في التجربة. ^{[ 3 ]} عند وضع النباتات في غرفة نمو، يُمكن التحكم في الهواء ودرجة الحرارة وتوزيع الحرارة والضوء، وملاحظة آثار التعرض لكميات مختلفة من كل عامل. ^{[ 3 ]}

تساهم البيوت الزجاجية أيضاً في دراسات النظم البيئية المصغرة، على الرغم من أنها قد تتسبب أحياناً في تغير المناخ، مما يؤثر على التجربة ويؤدي إلى بيانات غير فعالة. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

يُعدّ استخدام غرف النمو في التجارب المخبرية عيبًا في بعض الأحيان نظرًا لمحدودية المساحة. ^{[ 6 ]} ومن عيوب استخدام البيئات التجريبية المصغرة عدم قدرتها على محاكاة البيئة الطبيعية بدقة، مما قد يدفع الكائن الحي إلى تجنب إظهار ردود فعل معينة مقارنةً بسلوكه الطبيعي في بيئته الأصلية.

قام مازيو وزملاؤه بدراسة عادات التغذية لأسماك هوبلياس مالاباريكوس عند تعرضها لكميات مختلفة من العوالق النباتية والحيوانية ، بالإضافة إلى دراسة التنافس بينها. ^{[ 7 ]} قبل ثلاثة أشهر من إجراء التجربة، حافظوا على معدل هطول أمطار ودرجة حرارة هواء وبيئة شبه استوائية عامة. ^{[ 7 ]} باستخدام 12 وحدة، قاموا بملئها بمياه جوفية ورمل ونباتات، وأبقوها معزولة حتى أصبحت البيئة مناسبة لظهور العوالق النباتية. ^{[ 7 ]} بعد تحضير دقيق، قام مازيو وزملاؤه... بدأ الباحثون التجربة بتقسيم تلك الوحدات إلى فئات: مجموعة ضابطة (العوالق الحيوانية والعوالق النباتية)، وثلاث تجارب: ( جينينسيا متعددة الأسنان مع العوالق الحيوانية والعوالق النباتية)، (يرقات هوبلياس مالاباريكوس مع العوالق الحيوانية والعوالق النباتية)، و( هوبلياس مالاباريكوس كبير الحجم ، وجينينسيا متعددة الأسنان ، والعوالق الحيوانية، والعوالق النباتية)، وتم رصد اختلافات الكتلة الحيوية ضمن الظروف المختلفة. ^{[ 7 ]}

اختبر فلانغان وماكولي تأثيرات الاحتباس الحراري على تركيز ثاني أكسيد الكربون في البرك الضحلة من خلال إنشاء بيئات تجريبية مصغرة على شكل ثماني أسطوانات في الموقع . ^{[ 8 ]} وقسماها إلى أربع مجموعات ضابطة وأربع مجموعات تجريبية في بركة جامعة كالجاري. ^{[ 8 ]} احتوت هذه البيئات التجريبية المصغرة على فتحات في أسفلها، وكانت مغمورة على نفس عمق البركة. ^{[ 8 ]} ومن خلال الحفاظ بعناية على الرواسب ودرجة الحرارة من أي تغييرات، نجح إنتاج العوالق الحيوانية والطحالب. ^{[ 8 ]} بعد إجراء المعالجة (ضخ الحرارة في الماء)، قاسوا تركيز ثاني أكسيد الكربون في الرواسب في قاع البركة. وبعد جمع البيانات وتحليلها، خلص فلانغان وماكولي إلى أنه نتيجة لارتفاع درجة حرارة البيئة في البركة، سيزداد ثاني أكسيد الكربون المنبعث منها إلى المناطق المحيطة، مما سيؤدي بدوره إلى انخفاض كمية ثاني أكسيد الكربون في الرواسب، وبالتالي تعديل دورة الكربون في هذا النظام البيئي بشكل غير مباشر. ^{[ 8 ]}

تُعدّ النظم البيئية المصغّرة مفيدةً لدراسة مصير الملوثات في البيئات البحرية، كما أنها تُتيح إمكانية إجراء تجارب مضبوطة لا يُمكن إجراؤها في البيئات البحرية الطبيعية. منذ عام 1976، يُجري مختبر أبحاث النظم البيئية البحرية (MERL) في جامعة رود آيلاند دراساتٍ حول التلوث ودراساتٍ تجريبية في علم البيئة البحرية باستخدام خزانات النظم البيئية المصغّرة التي تستمد مياهها من خليج ناراغانسيت القريب . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

استُخدمت البيئات التجريبية المصغرة أيضًا لدراسة كيفية تأثير تنوع أسماك الشوكية ثلاثية الأشواك على المجتمعات الغذائية وعمليات النظام البيئي الأخرى. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}