وحید 0319
23rd August 2012, 12:31 AM
پیش بینی زمین لرزه توسط حیوانات
هر چند بیشتر جانوران ممکن است قادر به تشخیص نشانه های زمین لرزه باشند، اما هنوز هیچ سناریوی احتمالی معرفی نشده است که طی آن پاسخگوی تکامل چنین رفتارهایی باشد.
http://memarinews.com/Image/News/2011/7/4986_634469204429375000_l.JPGجانورانی که در مناطق فعال زمین لرزه ای زندگی می کنند، در معرض تکان های شدید زمین لرزه قرار می گیرند که در اثر فروپاشی حفره ها منجر به تلف شدن جانوران، شکستن تخمها و عمل دریا لرزه می شود. از گزارشات رسیده چنین بر می آید که هر چند بیشتر جانوران ممکن است قادر به تشخیص نشانه های زمین لرزه باشند، اما هنوز هیچ سناریوی احتمالی معرفی نشده است که طی آن پاسخگوی تکامل چنین رفتارهایی باشد.
مکانیزم تکاملی را می توان طی دو مرحله بیان کرد:اولین مرحله شامل به تکامل رسیدن «پاسخ هشداری پیش از حادثه» به یک محرک ارتعاشی در فاصله زمانی کوتاه بین ورود امواج S و P می باشد. طبق شواهد موجود چنین واکنشی قبلاً در جانوران وجود داشته است. پس در صورت وجود محرکهای نشانه ای فرآیندهای تکاملی مشابه، درک جانور از این محرکها را به پاسخ تحریک شده از سوی موج P متصل می سازد که نتیجه این امر، ایجاد رفتار پیشگویانه نسبت به زمین لرزه خواهد بود.مدل ژنتیکی جمعیتی نشان می دهد که چنین سیستم پاسخ گریز از زلزله می تواند در برابر جهشهای تصادفی به عنوان نتیجه انتخاب طبیعی حفظ شود که با مقیاسهای زمان در مقایسه با حوادث زمین لرزه ای قوی، عمل می کند.
از اینرو درک بیتر نشانه های احتمالی زمین لرزه در حال حاضر از حوزه زلزله شناسی خارج است اما ممکن است اطلاعاتی را در این باب مطالعه و تحقیق رفتار جانوران، فیزیولوژی حسی و ژنتیکی جمع آوری کرد. یک بررسی و مرور کوتاه از نشانه های زمین لرزه ای نشان می دهد که سیستم های حسی، جهت تشخیص زاویه انحراف زمین، رطوبت، الکتریکی و مغناطیسی موجود در جانوران می توانند به سیستم رفتاری گریز از زلزله ارتباط داشته باشند. پیش گوییهای قابل آزمایش فراوانی از این تحلیلها بحث و بررسی شده است و توصیه شده است که گیرنده های رطوبتی، شیب، الکتریکی و مغناطیسی به شبکه های کنترل چگال در مناطق فعال زمین لرزه ای ضمیمه شوند.
مقدمه:
یکی از اهداف عمده زلزله شناسی تعیین این است که آیا نواحی گسله ای، هیچ نشانه ای از پیش بینی زمین لرزه را ارائه می دهد یا نه؟
بحثهای اخیر در متون علمی مربوطه، روی این عنوان با برخی سئوالات همراه بوده است. از قبیل اینکه،آیا وقوع زمین لرزه های بزرگ به علت ماهیت غیر پیشگویانه آنهاست. یا اینکه به طور ساده نیازمند یک گزارش کاملی از اطلاعات ژئوفیزیکی یا ژئو شیمیایی در مناطق مستعد زلزله هستیم. متأسفانه اطلاعاتی از این قبیل به این خاطر که زمین لرزه ها بزرگ به ندرت رخ می دهند و نیز به علت محدودیت توزیع فضایی ابزار درجهت ثبت مداوم داده ها و نیز شمار زیاد متغیراتی که قابل ثبت و ضبطند، سیار کند جمع آوری شده است. واضح است که ثبت مداوم یک متغیر تصادفی از پارامترهای فیزیکی و شیمیایی نزدیک به مرکز زمین لرزه (با احتمال خیلی زیاد) عملی غیر ممکن بوده و هزینه های سنگینی در بر خواهد داشت. چنانچه تحقیق روی گسل سان اندریس در پارک فیلو کالیفرنیا، که مرکز احتمالی زمین لرزه سال 1857در زمین لرزه فورت تیگن و محل وقوع زمین لرزه های 6 ریشتری (باکون و مویلی در سال 1984)، مشکل هزینه و ماهیت دشوار عمل ثبت را تأئید کرد. در تلاشی برای ارزیابی سیستماتیک این مشاهدات، انجمن بین المللی زلزله شناسی و فیزیک درون زمین (IASAEIC) با ارزیابی رویدادهایی که نشانه هایی از وقوع زمین لرزه بوده اند، طی یک بررسی دقیق، «فهرستی مقدماتی از نشانه های مهم زمین لرزه ای» ایجاد کردند و که عموماً از اولین فهرست به عنوان «لیست» یاد می شود و کمیته ای فرعی را جهت پیش گویی زمین لرزه ترتیب داد.
بین سالهای 1989 و 1999 حدوداً 40 پیشنهاد به این لیست ارائه شده و توسط کمیته فرعی موردارزیابی قرار گرفت.
5 مورد در لیست مقدماتی قرار گرفتند که مورد 1و2 به پیش لرزه، 3: حالت سکون و بی حرکتی زمین قبل از پس لرزه های بزرگ، 4: کاهش رادون در آبهای زیرزمینی، و 5 افزایش سطح آبهای زیرزمینی، مربوط می باشند.
6 موردی که هم مورد قبول لیست واقع نشد به پدیده الکترو مغناطیسی مربوط می شد. با در نظر گرفتن این مشکلات دراندازه گیری مستقیم پدیده پیش زمین لرزه، جای این سوال است که آیا اطلاعات در مورد نشانه های زمین لرزه ای باید به طور کامل از منابع مختلف و غیر زمین شناسی به دست آید (مانند رفتار حیوانات)؟ هیچ یک از پیشنهادات ارائه شده به لیست (IASAEIC) در برگیرنده اطلاعاتی در مورد رفتار حیوانات نبود. ادعاهایی مبنی بر حساسیت انسان قبل از وقوع زمین لرزه، شاید به صورت جبران ناپذیری این مبحث را دچار اغتشاش و سردرگمی کرد. برخر از این ادعا کاملاً پوچ و بی اساس بودند (کلادرک در سال 1996 ادعا کرد که سردردی در کالیفرنیای شمالی، زمین لرزه های نیکاراگوآرا پیش بینی نمود).
در بحث با همکاران ژئوفیزیک، طبق معمول نسبت به این موضوع که حیوانات ممکن است نشانه های زمین لرزه را پیش بینی کنند، اعتراضات بلند شد، چراکه حقیقت این است که دوره زندگی اغلب حیوانات کوتاهتر اززمان تکرار زمین لرزه های بزرگ است، از اینرو حیوانات بعید است که سیگنالهای نشانه زمین لرزه رابه خاطر بیاورند. با این حال رفتار حیوانات به طریقی خاص، مستعد به کنترل ژنتیکی است به همین دلیل مجله کاملاً علمی تحت عنوان «ژنتیکهای رفتاری» به این موضوع اختصاص یافته است. از اینرو حوادث نادر که منجر به کشته شدن حیوانات و یا کاهش سازگاری بخش کوچکی از گونه حیواناتی که تولید مثل می کنند.
از طریق دوره چرخش تصادفی و انتخاب طبیعی می تواند نجر به تکامل مکانیزم هایی در جهت دوری از چنین تلفات و مرگ و میرهایی شود. در مورد بیماریها این فرآیند خیلی معروف است. جانداران می توانند رفتارهایی را تکامل بخشند که بقا و سازگاری آنها را افزایش دهد. واکنشهای معروفی از قبیل فرار از آتش و صیاد. بیشتر این رفتارها، شامل توانائیهای لازم در جهت تشخیص الگوهای پیچیده می باشد.
تحقیقات 50 سال گذشته نشان داده است که شمار زیادی از پاسخهای رفتاری پیچیده که حیوانات از خود بروز می دهند تحت کنترل ژنتیکی می باشد. سیستمهای رفتاری ژنتیکی مانند تمامی ژنها، فسیلهای قدیمی هستند که حافظ اطلاعاتی است که به بقای نسلهای گذشته، بالغ بر 5/3 میلیون سال گذشته، کمک کرده است. رفتارهایی به پیچیدگی تکلم از طریق حرکات رقصانه در میان زنبورهای عسل همگی غریزی بوده و این نوع رفتارها حاکی از بی اختیاری حتی در جمعیت حشرات، بدون بهره وری از زنبورهای کارگر با تجربه و مسن تر می باشد. مثالهایی از این نوع فراوان می باشند. زمانی که یک درونداد حسی (از طریق بینایی، شنوایی، لامسه ای، بویایی و ...) پاسخ «عمل ثابت» را تحریک می کند باعث یک واکنش رفلکس مانند بی اختیاری فوری و ضروری می شود. این رفتارها از پاسخ فراری گرفته تا رفتارهای جفت گیری در گونه های مختلف جانوران مانند کرمهای پهن و حشرات و پستانداران و ... متغیر می باشند.
به خاطر داشته باشید که رفتارهایی از این نوع اکتسابی نیستند بلکه موروثی بوده و طی فرآیند دراز مدت و آرام از چرخش تصادفی و انتخاب طبیعی شکل یافته است. بنابراین بهتر است که یک سوال مناسب از بافت ژنتیکی جمعیت حیوانات دراینجا مطرح شود: آیا منطقی است که بگوییم الگوی رفتاری فرار از زلزله، در حال تکامل است و آیا چنین سیستم ژنتیکی که در جریان رویارویی با فشارهای انتخاب معیار زمان حوادث ناگوار زمین لرزه ای عمل می کند، باید حفظ شود؟
تحلیل های زیست شناسی انجام گرفته که به اواسط سال 1970 بر می گردد به این نتیجه رسیده است که یک پاسخ فراری غریزی دراثر زمین لرزه (بر مبنای ژنتیک) بعید است که در حیوانات به تکامل برسد. چرا که زمین لرزه ها آنقدر به ندرت رخ ی دهند که نمی توان یک مزیت انتخابی ایجاد کرد که که امکان تثبیت ژنتیکی چنین ویژگیهایی را فراهم کند.
سؤال بعدی که آیا در اگر گونه ها توانستند گریز موفقیت آمیزی داشته باشند حتی اگر آنها دانش زمین لرزه های قریب الوقوع را ارتقاء داده باشند؟ لازم است که هردوی این سؤالات را دوباره ارزیابی کنیم.
اول اینکه، در سال 1975 تنها دانش مقدماتی از تناوب زمین لرزه های بزرگ و متوسط داشتیم. در کالیفرنیا و بسیاری از مناطق دیگر، امروزه تشخیص می دهیم که زمین لرزه های بزرگ به طور متوسط، با فواصل تکراری 100 سال یا بیشتر رخ داده اند. گرچه زمین لرزه های متوسط +5 ~ M مناطق ژئوگرافیک کوچکتری را تحت تأثیر قرار می دهد. این نوع زمین لرزه ها نسبی بوده و ممکن است مناطق زمین لرزه ای به خطر بیندازد علاوه بر این مناطقی با فعالیت زمین لرزه ای زیاد روی زمین، حداقل به 2 میلیون سال قبل یا بیشتر می رسد. که این زمین لرزه ها محصول فرآیندهای تکتونیک (زمین ساز شناسی)می باشد. یک فشار انتخابی کوچک که طی فواصل زیاد زمان زمین شناسی عمل می کند مانند انتخاب قویتری که طی فاصله زمانی کوتاه تر عمل می کند، بر تثبیت ژن موثر خواهد بود.دوم اینکه، عمل فرار می تواند در اغلب نمونه ها، حین زمین لرزه،میزان مرگ و میر را کاهش می دهد.
زمین لرزه ها می توانند حیوانات را از پای دربیاورند یا سازگاری آنان را به روشهای مختلف کاهش دهند، از یک تکان فیزیکی مستقیم گرفته (فرو ریختن حفره ها، بیرون ریختن تخم ها از لانه، شکستن لانه زنبور عسلها و ...) تا تکانهای غیر مستقیم (لغزش لجنها در بستر دریاها و اقیانوسها و دریا لرزه...).
همچنین سازگاری حیوانات ممکن است در فاصله پس از زمین لرزه به عنوان نتیجه اختلالات رفتار طبیعی حاصل از پس لرزه ها، کاهش یابد. در اغلب جانداران، رفتاری که قبل از زمین لرزه صورت می گیرد، میزان مرگ و میر را کاهش می دهد: ماهی و جانوران بالدار دریایی، نواحی ساحلی را ترک می کنند، جوندگان از حفره هایی که احتمال ریزش دارند، بیرون می آیند. زنبورهای عسل به صورت گله ای به حرکت در می آیند و والدین تخم گذاری خود را به تأخیر می اندازند.
این مقاله برخاسته از تشابهات موجود در ایت لیست است که جانوران رفتارهای احتمالی قبل از وقوع زمین لرزه تا رفتارهای غیر عادی که روزها و ساعت و یا دقایقی قبل از زمین لرزه از خود نشان داده اند.
کتاب نوشته تیربوتچ (Tributsch) در سال 1982 نیز این مشاهدات رابطور دقیق در مبنای جهانی عرضه داشته است. این مشاهدات حداقل به این فرضیه که : هشدارهای زمین لرزه ای از نظر زمین شناسی یا سیستم پیشگویی ممکن است وجود داشته باشد، اعتبار می بخشد.
پس اگر چنین است باید یک مسیر ممکنی وجود داشته باشد که طی آن چنین سیستمی توانسته به تکامل رسد. یک فرآیند عمده و مهمی که توسط آن سیستمهای پیچیده زیست شناسی تکامل یافته. عبارتست از وجود یک الگوی ژنتیکی که برای انجام یک عمل تکامل یافته و آن را برای انجام نقشی متفاوت پیوند می دهد یا سازگاری می بخشد. پس سیستم جدید تدریجاً تصیح شده و اشکال زدایی می شود و طی فرآیند چرخش تصادفی و انتخاب طبیعی به بهبود می رسد. این الگوی تکاملی را اصطلاحاً (اکسپتیشن) : expatiation گویند. برای اینکه پاسخ گریز از زلزله به این شیوه سیر تکاملی خود را سپری کند نیاز خواهد داشت تا الگوی رفتاری فرار یا وحشت و یا خارج شدن از حفره را با یک یا چندین درونداده های حسی مناسب ترکیب دهد و موجب تحریک یک واکنش شود. این روند موجب سه سوال اساسی خواهد شد.
1- آیا هر چیزی مانند مانند پاسخ گریز از زلزله قبلاً در خزانه ژنتیکی رفتاری حیوانات ایجاد شده است؟ اگر چنین است چگونه توانسته به تکامل رسد؟
2- آیا حوادث شیمیایی یا فیزیکی نشانه های زمین لرزه که هراز گاهی رخ می دهند. در سطح زمین قابل شناسایی است که ممکن است یک زمین لرزه قریب الوقوع را خبر دهد اگر چنین است آیا حیوانات، توانائیهای حسی لازم برای شناسایی آنها را به تکامل رسانده اند؟
3- آیا سیستم ژنی پاسخ گریز از زلزله بین یک جمعیت در رویارویی با جهش تصادفی و گرایش ژنتیکی، بین حوادث عظیم زمین لرزه، حفظ شده است؟ ... در این مقاله هر یک از این سوالات مورد بررسی قرار می گیرند.
تقریباً همه حیوانات دارای پاسخ های غریزی برای فرار از دست شکارچی درنده (اغلب برای حیواناتی که در خشکی زندگی می کنند) و فرار از آتش وجود دارد. در انسان این نوع واکنشها به وحشت معروفند با تشرح سریع آدرناسین همراه است که باعث افزایش هوشیاری صی شده و موقتاً مانع از درک درد می شود.
مشاهدات فرلواتی است که نشان می دهد، حیوانات چند ثانیه قبل از آغاز تکانهای شدید زمین دچار وحشت می شوند. تریبوتچ در سال (1982) چند تا از این نمونه ها را برشمرد. از جمله پارس کردن سگها، بیرون پریدن گربه های وحشت زده از پنجره، زوزه کشیدن پرندگان، بیرون دویدن جوندگان از میان حفره ها، کوچ گله ای زنبورهای عسل، توضیح بروز چنین رفتاری قبل از وقوع زلزله، چندان مشکل نیست.
امواج زلزله p، از طریق پوسته زمین، سریعتر از امواج s تقریباً با سرعت se/km 4-2 سیرمی کنند.اگر جانداران به حد کافی نسبت شناسایی لرزه های همراه امواجp حساس باشند، این حس باعث تحریک حیوانات می شود تا قبل از رسیدن امواج زیان آور s، برای دوری از مرگ اقدام به فرار می کنند. تنها در تقریب خیلی نزدیک به مرکز زمین لرزه تکانهایی بدون هشدار محسوس، شروع خواهد شد. از زمین لرزه های متوسط تا زمین لرزه های بزرگ مانند لوماپرتیا (Lomo preita) می تواند باعث گدازه هایی در فاصله +50 کیلومتر شود و منطقی است که احتمال فروپاشی حفره در رو خاکهای شل و سست در فاصله های بیشتر از مرکز زمین لرزه، موجب تحریک حیوانات می شود. از اینرو حیواناتی که درفاصله دهها کیلومتر از مرکز زمین لرزه زندگی می کنند. با تشخیص موج p، برای فرار از اثرات ناشی ازامواج پر انرژی s، چند ثانیه فرصت خواهند داشت. گرچه طبق گزارشات رسیده از طبیعت، این مشاهدات از این فرضیه حمایت می کنند که: یک واکنش گریز از زلزله در مخزن رفتاری حیوانات موجود است و اینکه چنین واکنشهایی حداقل با درک حسی ارتعاشاتی با فرکانس پایین، انتشار می یابند.
و اما در مورد موج p، توانایی حسی که واکنش گریز از زلزله را تحریک می کند بطور آشکار در طبیعت یا صوتی است یا مکانیکی، و حتی گاهی توسط انسان نیز احساس می شود. در طبیعت مشهود است که حداقل تعدادی از جوندگان (کانگوروهای کالیفرنیا) با پاهای خود به زمین ضربه زده و ارتعاشاتی با فرکانس پایین تولید می کنند که از این روش، جهت برقراری ارتباط با همنوعان خود عین حفره ها استفاده می کند تا مرزهای قلمروی خود را مشخص کنند و چنانچه حضور شکارچی را در این قلمرو تشخیص دادند ، او را شناسایی کنند. هم مار و هم جوندگان توانائی لازم جهت تشخیص و پاسخ دهی به این ارتعاشات را دارند و در این جانوران سیستم های حسی در سطح بالائی نگهداری می شود. توانیی برای تشخیص سیگنالهایی با فرکانس پایین، احتمالاً در اجداد مشترک گذشته خزندگان و پستانداران وجود داشته است. و ممکن است یکی از ویژگیهای مقدماتی مهره داران باشد.
درک تکامل واکنش گریز از زلزله که در اثر موج p، تحریک شده است از طریق فرآیند تکاملی «اکسپتیشن» که شرح آن گذشت، چندان هم مشکل نیست. بررسی سطحی رشته فیزیولوژیست اعصاب نشان می دهد که فعل و انفعالات بین شکار وشکارچی بطور وسیع مسئول تحریک توانائی حیوانات جهت تشخیص سیگنالهای محیطی تقریباً پایین تر از محدوده پارازیت حرارتی می باشد. شواهد فعالیت شکاری در آثار فسیلی به اواخر دوره زمین شناسی کامبریان، حدود 545 میلیون سال می رسد که بوسیله حفره ها شکاری در پوسته سومین جانوران نرم تن، شناسایی شده است.
با در نظر گرفتن فشار انتخابی بیشمار از فعل و انفعالات بین شکار و شکارچی، سیر تکاملی بایستی حساسیت شنیداری و لامسه ای حیوانات را نسبت به نقطه ورور موج p، به تکامل برسد (جائی که بین فاصله کوتاه زمانی از نظر زمین شناسی قابل درک است) الگوی تکاملی این حسها برای اینکه منجر به واکنش گریز از زلزله شود، باید یک تغییر جزئی در آن صورت گیرد تا دو سیستم موجود رابه هم پیوند دهد. (حساسیت ارتعاشی و فرار شکارچی) و منجر به رفتار جدیدی شود که مرگ و میر حاصل از فعالیتهای زمین لرزه ای را کاهش دهد. گونه های وسیعی از مهره داران از ماهی گرفته تا پستانداران، رفتارهایی از خود بروز می دهند که منطبق با حضور این سیستم اساسی است. که این سیستم احتمالاً قبل از اواسط دوره اردو ویکیان (Ordovician) به تکامل رسیده است.
آیا رویدادهای شیمیایی و فیزیکی دیگری در سطح زمین وجود دارد که زمین لرزه های قریب الوقوع را هشدار دهد؟ آیا حیوانات قادر به تشخیص این رویدادها می باشند؟
زمانی که سیستم گریز از زلزله و تحریک شده بوسیله موج p، بوجود آمد (مثلاً این سیستم به تثبیت ژنتیکی بین هنگه دست یافت) یک فرآیند مشابه به فرآیند چرخش تصادفی و انتخاب طبیعی، (الگوی تکاملی اکسپتیشن) می تواند رخ دهد تا این فرآیند رابه سیگنالهای حسی دیگر متصل کند که، یک حیوان ممکن است قبل از زمین لرزه، این سیگنالها را درک کند. این مرحله اگر رخ داده است شامل انتقال از پاسخ اخطاری قبل از حادثه به یک پاسخ پیش گویی صحیح است. دلایل من به شرح زیر است :
در نزدیکی مرکز زمین لرزه قبل از رسیدن موج s، امواج p، به حد کافی پر انرژی بوده و موجب گدازش و فروپاشی حفره ها دراین قسمتها می شود این مناطق واکنش تحریک شده از سوی موج p، برای دوری یا کاهش اثرات ناشی اززمین لرزه، زیاد قابل استفاده نیست.
به عبارت دیگر اگر سیگنالهای دیگر نشانه وقوع زمین لرزه، عین قلمرو درک حسی جانور وجود دارند، پس جهشهای ژنتیکی تصادفی در ژنهای رفتاری ممکن است هراز گاهی، تشخیص این سیگنال را به واکنش هشداری حاصل از موج p، پیوند دهد. این فرایند تکاملی بعدها می تواند ، بهسازی شده و با انتخاب طبیعی بهبود یابد. طی 5 میلیون سال گذشته، این فرآیند ممکن است در اغلب نسلهای نامتناصبی بارها اتفاق افتاده باشد. و در عین حال بستگی به این دارد که تا چه حدی یک فرآیند حسی ارگانیسم، به خوبی عمل کرده است.
قبلاً اشاره شد که، فهرست مقدماتی IASPEI دارای نشانه های مهم زمین لرزه ای شامل پنج پیشنهاد ژئوفیزیکی است. سه تای از این ها صرفاً مربوط به زمین لرزه می باشد (پیش لرزه- پیش لرزه- سکون زمین لرزه ای قبل از پس لرزه های بزرگ، و دوتای دیگر مربوط به کاهش غلظت رادون و افزایش سطح آبهای زیر زمینی مربوط می باشد.) این لیست از وجود دیگر نشانه های ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی ممانعت نمی کند. و تا کنون مجموعه ای از مشاهدات خوش اقبال به دست آمده است که برای رسیدن به اعتبار آماری کوچکترین آستانه ها را در بر می گیرد.
مشکلی که هم اکنون با آن مواجهیم، تلاش برای گسترش این پیشنهادات به شیوه ای است که ممکن است منجر به پیشگوییهای قابل آزمایش در رابطه با رفتار حیوانی شود. به همین دلیل، بررسی مجموعه ای از موارد کمکی (نمونه هایی که هنوز انجمن (IASPEI) هنوز پیشنهاد نشده است).
همچنین موارد مطرح شده از رفتار حیوان پیش از زمین لرزه مفید خواهد بودو به خاطر داشته باشید که هدف از این کارها، پیشنهاد این موارد به انجمن نیست بلکه هدف، بهبود تستهای آزمایشگاهی تحریکات مربوطه در جمعیت حیوانی مناسب است تا بدانیم آیا این موارد، قادر به تولید رفتارهای گریزاز زلزله مانند وحشت می شوند یا نه. از این نقطه نظر حداقل 4 پیشنهاد ممکن برای حساسیت حیوان را می توان انتخاب و گلچین نمود.
1- شیب زمین 2- تغییرات رطوبتی 3- جریانها الکتریکی 4- تغییرات میدان مغناطیسی.
هر چند بیشتر جانوران ممکن است قادر به تشخیص نشانه های زمین لرزه باشند، اما هنوز هیچ سناریوی احتمالی معرفی نشده است که طی آن پاسخگوی تکامل چنین رفتارهایی باشد.
http://memarinews.com/Image/News/2011/7/4986_634469204429375000_l.JPGجانورانی که در مناطق فعال زمین لرزه ای زندگی می کنند، در معرض تکان های شدید زمین لرزه قرار می گیرند که در اثر فروپاشی حفره ها منجر به تلف شدن جانوران، شکستن تخمها و عمل دریا لرزه می شود. از گزارشات رسیده چنین بر می آید که هر چند بیشتر جانوران ممکن است قادر به تشخیص نشانه های زمین لرزه باشند، اما هنوز هیچ سناریوی احتمالی معرفی نشده است که طی آن پاسخگوی تکامل چنین رفتارهایی باشد.
مکانیزم تکاملی را می توان طی دو مرحله بیان کرد:اولین مرحله شامل به تکامل رسیدن «پاسخ هشداری پیش از حادثه» به یک محرک ارتعاشی در فاصله زمانی کوتاه بین ورود امواج S و P می باشد. طبق شواهد موجود چنین واکنشی قبلاً در جانوران وجود داشته است. پس در صورت وجود محرکهای نشانه ای فرآیندهای تکاملی مشابه، درک جانور از این محرکها را به پاسخ تحریک شده از سوی موج P متصل می سازد که نتیجه این امر، ایجاد رفتار پیشگویانه نسبت به زمین لرزه خواهد بود.مدل ژنتیکی جمعیتی نشان می دهد که چنین سیستم پاسخ گریز از زلزله می تواند در برابر جهشهای تصادفی به عنوان نتیجه انتخاب طبیعی حفظ شود که با مقیاسهای زمان در مقایسه با حوادث زمین لرزه ای قوی، عمل می کند.
از اینرو درک بیتر نشانه های احتمالی زمین لرزه در حال حاضر از حوزه زلزله شناسی خارج است اما ممکن است اطلاعاتی را در این باب مطالعه و تحقیق رفتار جانوران، فیزیولوژی حسی و ژنتیکی جمع آوری کرد. یک بررسی و مرور کوتاه از نشانه های زمین لرزه ای نشان می دهد که سیستم های حسی، جهت تشخیص زاویه انحراف زمین، رطوبت، الکتریکی و مغناطیسی موجود در جانوران می توانند به سیستم رفتاری گریز از زلزله ارتباط داشته باشند. پیش گوییهای قابل آزمایش فراوانی از این تحلیلها بحث و بررسی شده است و توصیه شده است که گیرنده های رطوبتی، شیب، الکتریکی و مغناطیسی به شبکه های کنترل چگال در مناطق فعال زمین لرزه ای ضمیمه شوند.
مقدمه:
یکی از اهداف عمده زلزله شناسی تعیین این است که آیا نواحی گسله ای، هیچ نشانه ای از پیش بینی زمین لرزه را ارائه می دهد یا نه؟
بحثهای اخیر در متون علمی مربوطه، روی این عنوان با برخی سئوالات همراه بوده است. از قبیل اینکه،آیا وقوع زمین لرزه های بزرگ به علت ماهیت غیر پیشگویانه آنهاست. یا اینکه به طور ساده نیازمند یک گزارش کاملی از اطلاعات ژئوفیزیکی یا ژئو شیمیایی در مناطق مستعد زلزله هستیم. متأسفانه اطلاعاتی از این قبیل به این خاطر که زمین لرزه ها بزرگ به ندرت رخ می دهند و نیز به علت محدودیت توزیع فضایی ابزار درجهت ثبت مداوم داده ها و نیز شمار زیاد متغیراتی که قابل ثبت و ضبطند، سیار کند جمع آوری شده است. واضح است که ثبت مداوم یک متغیر تصادفی از پارامترهای فیزیکی و شیمیایی نزدیک به مرکز زمین لرزه (با احتمال خیلی زیاد) عملی غیر ممکن بوده و هزینه های سنگینی در بر خواهد داشت. چنانچه تحقیق روی گسل سان اندریس در پارک فیلو کالیفرنیا، که مرکز احتمالی زمین لرزه سال 1857در زمین لرزه فورت تیگن و محل وقوع زمین لرزه های 6 ریشتری (باکون و مویلی در سال 1984)، مشکل هزینه و ماهیت دشوار عمل ثبت را تأئید کرد. در تلاشی برای ارزیابی سیستماتیک این مشاهدات، انجمن بین المللی زلزله شناسی و فیزیک درون زمین (IASAEIC) با ارزیابی رویدادهایی که نشانه هایی از وقوع زمین لرزه بوده اند، طی یک بررسی دقیق، «فهرستی مقدماتی از نشانه های مهم زمین لرزه ای» ایجاد کردند و که عموماً از اولین فهرست به عنوان «لیست» یاد می شود و کمیته ای فرعی را جهت پیش گویی زمین لرزه ترتیب داد.
بین سالهای 1989 و 1999 حدوداً 40 پیشنهاد به این لیست ارائه شده و توسط کمیته فرعی موردارزیابی قرار گرفت.
5 مورد در لیست مقدماتی قرار گرفتند که مورد 1و2 به پیش لرزه، 3: حالت سکون و بی حرکتی زمین قبل از پس لرزه های بزرگ، 4: کاهش رادون در آبهای زیرزمینی، و 5 افزایش سطح آبهای زیرزمینی، مربوط می باشند.
6 موردی که هم مورد قبول لیست واقع نشد به پدیده الکترو مغناطیسی مربوط می شد. با در نظر گرفتن این مشکلات دراندازه گیری مستقیم پدیده پیش زمین لرزه، جای این سوال است که آیا اطلاعات در مورد نشانه های زمین لرزه ای باید به طور کامل از منابع مختلف و غیر زمین شناسی به دست آید (مانند رفتار حیوانات)؟ هیچ یک از پیشنهادات ارائه شده به لیست (IASAEIC) در برگیرنده اطلاعاتی در مورد رفتار حیوانات نبود. ادعاهایی مبنی بر حساسیت انسان قبل از وقوع زمین لرزه، شاید به صورت جبران ناپذیری این مبحث را دچار اغتشاش و سردرگمی کرد. برخر از این ادعا کاملاً پوچ و بی اساس بودند (کلادرک در سال 1996 ادعا کرد که سردردی در کالیفرنیای شمالی، زمین لرزه های نیکاراگوآرا پیش بینی نمود).
در بحث با همکاران ژئوفیزیک، طبق معمول نسبت به این موضوع که حیوانات ممکن است نشانه های زمین لرزه را پیش بینی کنند، اعتراضات بلند شد، چراکه حقیقت این است که دوره زندگی اغلب حیوانات کوتاهتر اززمان تکرار زمین لرزه های بزرگ است، از اینرو حیوانات بعید است که سیگنالهای نشانه زمین لرزه رابه خاطر بیاورند. با این حال رفتار حیوانات به طریقی خاص، مستعد به کنترل ژنتیکی است به همین دلیل مجله کاملاً علمی تحت عنوان «ژنتیکهای رفتاری» به این موضوع اختصاص یافته است. از اینرو حوادث نادر که منجر به کشته شدن حیوانات و یا کاهش سازگاری بخش کوچکی از گونه حیواناتی که تولید مثل می کنند.
از طریق دوره چرخش تصادفی و انتخاب طبیعی می تواند نجر به تکامل مکانیزم هایی در جهت دوری از چنین تلفات و مرگ و میرهایی شود. در مورد بیماریها این فرآیند خیلی معروف است. جانداران می توانند رفتارهایی را تکامل بخشند که بقا و سازگاری آنها را افزایش دهد. واکنشهای معروفی از قبیل فرار از آتش و صیاد. بیشتر این رفتارها، شامل توانائیهای لازم در جهت تشخیص الگوهای پیچیده می باشد.
تحقیقات 50 سال گذشته نشان داده است که شمار زیادی از پاسخهای رفتاری پیچیده که حیوانات از خود بروز می دهند تحت کنترل ژنتیکی می باشد. سیستمهای رفتاری ژنتیکی مانند تمامی ژنها، فسیلهای قدیمی هستند که حافظ اطلاعاتی است که به بقای نسلهای گذشته، بالغ بر 5/3 میلیون سال گذشته، کمک کرده است. رفتارهایی به پیچیدگی تکلم از طریق حرکات رقصانه در میان زنبورهای عسل همگی غریزی بوده و این نوع رفتارها حاکی از بی اختیاری حتی در جمعیت حشرات، بدون بهره وری از زنبورهای کارگر با تجربه و مسن تر می باشد. مثالهایی از این نوع فراوان می باشند. زمانی که یک درونداد حسی (از طریق بینایی، شنوایی، لامسه ای، بویایی و ...) پاسخ «عمل ثابت» را تحریک می کند باعث یک واکنش رفلکس مانند بی اختیاری فوری و ضروری می شود. این رفتارها از پاسخ فراری گرفته تا رفتارهای جفت گیری در گونه های مختلف جانوران مانند کرمهای پهن و حشرات و پستانداران و ... متغیر می باشند.
به خاطر داشته باشید که رفتارهایی از این نوع اکتسابی نیستند بلکه موروثی بوده و طی فرآیند دراز مدت و آرام از چرخش تصادفی و انتخاب طبیعی شکل یافته است. بنابراین بهتر است که یک سوال مناسب از بافت ژنتیکی جمعیت حیوانات دراینجا مطرح شود: آیا منطقی است که بگوییم الگوی رفتاری فرار از زلزله، در حال تکامل است و آیا چنین سیستم ژنتیکی که در جریان رویارویی با فشارهای انتخاب معیار زمان حوادث ناگوار زمین لرزه ای عمل می کند، باید حفظ شود؟
تحلیل های زیست شناسی انجام گرفته که به اواسط سال 1970 بر می گردد به این نتیجه رسیده است که یک پاسخ فراری غریزی دراثر زمین لرزه (بر مبنای ژنتیک) بعید است که در حیوانات به تکامل برسد. چرا که زمین لرزه ها آنقدر به ندرت رخ ی دهند که نمی توان یک مزیت انتخابی ایجاد کرد که که امکان تثبیت ژنتیکی چنین ویژگیهایی را فراهم کند.
سؤال بعدی که آیا در اگر گونه ها توانستند گریز موفقیت آمیزی داشته باشند حتی اگر آنها دانش زمین لرزه های قریب الوقوع را ارتقاء داده باشند؟ لازم است که هردوی این سؤالات را دوباره ارزیابی کنیم.
اول اینکه، در سال 1975 تنها دانش مقدماتی از تناوب زمین لرزه های بزرگ و متوسط داشتیم. در کالیفرنیا و بسیاری از مناطق دیگر، امروزه تشخیص می دهیم که زمین لرزه های بزرگ به طور متوسط، با فواصل تکراری 100 سال یا بیشتر رخ داده اند. گرچه زمین لرزه های متوسط +5 ~ M مناطق ژئوگرافیک کوچکتری را تحت تأثیر قرار می دهد. این نوع زمین لرزه ها نسبی بوده و ممکن است مناطق زمین لرزه ای به خطر بیندازد علاوه بر این مناطقی با فعالیت زمین لرزه ای زیاد روی زمین، حداقل به 2 میلیون سال قبل یا بیشتر می رسد. که این زمین لرزه ها محصول فرآیندهای تکتونیک (زمین ساز شناسی)می باشد. یک فشار انتخابی کوچک که طی فواصل زیاد زمان زمین شناسی عمل می کند مانند انتخاب قویتری که طی فاصله زمانی کوتاه تر عمل می کند، بر تثبیت ژن موثر خواهد بود.دوم اینکه، عمل فرار می تواند در اغلب نمونه ها، حین زمین لرزه،میزان مرگ و میر را کاهش می دهد.
زمین لرزه ها می توانند حیوانات را از پای دربیاورند یا سازگاری آنان را به روشهای مختلف کاهش دهند، از یک تکان فیزیکی مستقیم گرفته (فرو ریختن حفره ها، بیرون ریختن تخم ها از لانه، شکستن لانه زنبور عسلها و ...) تا تکانهای غیر مستقیم (لغزش لجنها در بستر دریاها و اقیانوسها و دریا لرزه...).
همچنین سازگاری حیوانات ممکن است در فاصله پس از زمین لرزه به عنوان نتیجه اختلالات رفتار طبیعی حاصل از پس لرزه ها، کاهش یابد. در اغلب جانداران، رفتاری که قبل از زمین لرزه صورت می گیرد، میزان مرگ و میر را کاهش می دهد: ماهی و جانوران بالدار دریایی، نواحی ساحلی را ترک می کنند، جوندگان از حفره هایی که احتمال ریزش دارند، بیرون می آیند. زنبورهای عسل به صورت گله ای به حرکت در می آیند و والدین تخم گذاری خود را به تأخیر می اندازند.
این مقاله برخاسته از تشابهات موجود در ایت لیست است که جانوران رفتارهای احتمالی قبل از وقوع زمین لرزه تا رفتارهای غیر عادی که روزها و ساعت و یا دقایقی قبل از زمین لرزه از خود نشان داده اند.
کتاب نوشته تیربوتچ (Tributsch) در سال 1982 نیز این مشاهدات رابطور دقیق در مبنای جهانی عرضه داشته است. این مشاهدات حداقل به این فرضیه که : هشدارهای زمین لرزه ای از نظر زمین شناسی یا سیستم پیشگویی ممکن است وجود داشته باشد، اعتبار می بخشد.
پس اگر چنین است باید یک مسیر ممکنی وجود داشته باشد که طی آن چنین سیستمی توانسته به تکامل رسد. یک فرآیند عمده و مهمی که توسط آن سیستمهای پیچیده زیست شناسی تکامل یافته. عبارتست از وجود یک الگوی ژنتیکی که برای انجام یک عمل تکامل یافته و آن را برای انجام نقشی متفاوت پیوند می دهد یا سازگاری می بخشد. پس سیستم جدید تدریجاً تصیح شده و اشکال زدایی می شود و طی فرآیند چرخش تصادفی و انتخاب طبیعی به بهبود می رسد. این الگوی تکاملی را اصطلاحاً (اکسپتیشن) : expatiation گویند. برای اینکه پاسخ گریز از زلزله به این شیوه سیر تکاملی خود را سپری کند نیاز خواهد داشت تا الگوی رفتاری فرار یا وحشت و یا خارج شدن از حفره را با یک یا چندین درونداده های حسی مناسب ترکیب دهد و موجب تحریک یک واکنش شود. این روند موجب سه سوال اساسی خواهد شد.
1- آیا هر چیزی مانند مانند پاسخ گریز از زلزله قبلاً در خزانه ژنتیکی رفتاری حیوانات ایجاد شده است؟ اگر چنین است چگونه توانسته به تکامل رسد؟
2- آیا حوادث شیمیایی یا فیزیکی نشانه های زمین لرزه که هراز گاهی رخ می دهند. در سطح زمین قابل شناسایی است که ممکن است یک زمین لرزه قریب الوقوع را خبر دهد اگر چنین است آیا حیوانات، توانائیهای حسی لازم برای شناسایی آنها را به تکامل رسانده اند؟
3- آیا سیستم ژنی پاسخ گریز از زلزله بین یک جمعیت در رویارویی با جهش تصادفی و گرایش ژنتیکی، بین حوادث عظیم زمین لرزه، حفظ شده است؟ ... در این مقاله هر یک از این سوالات مورد بررسی قرار می گیرند.
تقریباً همه حیوانات دارای پاسخ های غریزی برای فرار از دست شکارچی درنده (اغلب برای حیواناتی که در خشکی زندگی می کنند) و فرار از آتش وجود دارد. در انسان این نوع واکنشها به وحشت معروفند با تشرح سریع آدرناسین همراه است که باعث افزایش هوشیاری صی شده و موقتاً مانع از درک درد می شود.
مشاهدات فرلواتی است که نشان می دهد، حیوانات چند ثانیه قبل از آغاز تکانهای شدید زمین دچار وحشت می شوند. تریبوتچ در سال (1982) چند تا از این نمونه ها را برشمرد. از جمله پارس کردن سگها، بیرون پریدن گربه های وحشت زده از پنجره، زوزه کشیدن پرندگان، بیرون دویدن جوندگان از میان حفره ها، کوچ گله ای زنبورهای عسل، توضیح بروز چنین رفتاری قبل از وقوع زلزله، چندان مشکل نیست.
امواج زلزله p، از طریق پوسته زمین، سریعتر از امواج s تقریباً با سرعت se/km 4-2 سیرمی کنند.اگر جانداران به حد کافی نسبت شناسایی لرزه های همراه امواجp حساس باشند، این حس باعث تحریک حیوانات می شود تا قبل از رسیدن امواج زیان آور s، برای دوری از مرگ اقدام به فرار می کنند. تنها در تقریب خیلی نزدیک به مرکز زمین لرزه تکانهایی بدون هشدار محسوس، شروع خواهد شد. از زمین لرزه های متوسط تا زمین لرزه های بزرگ مانند لوماپرتیا (Lomo preita) می تواند باعث گدازه هایی در فاصله +50 کیلومتر شود و منطقی است که احتمال فروپاشی حفره در رو خاکهای شل و سست در فاصله های بیشتر از مرکز زمین لرزه، موجب تحریک حیوانات می شود. از اینرو حیواناتی که درفاصله دهها کیلومتر از مرکز زمین لرزه زندگی می کنند. با تشخیص موج p، برای فرار از اثرات ناشی ازامواج پر انرژی s، چند ثانیه فرصت خواهند داشت. گرچه طبق گزارشات رسیده از طبیعت، این مشاهدات از این فرضیه حمایت می کنند که: یک واکنش گریز از زلزله در مخزن رفتاری حیوانات موجود است و اینکه چنین واکنشهایی حداقل با درک حسی ارتعاشاتی با فرکانس پایین، انتشار می یابند.
و اما در مورد موج p، توانایی حسی که واکنش گریز از زلزله را تحریک می کند بطور آشکار در طبیعت یا صوتی است یا مکانیکی، و حتی گاهی توسط انسان نیز احساس می شود. در طبیعت مشهود است که حداقل تعدادی از جوندگان (کانگوروهای کالیفرنیا) با پاهای خود به زمین ضربه زده و ارتعاشاتی با فرکانس پایین تولید می کنند که از این روش، جهت برقراری ارتباط با همنوعان خود عین حفره ها استفاده می کند تا مرزهای قلمروی خود را مشخص کنند و چنانچه حضور شکارچی را در این قلمرو تشخیص دادند ، او را شناسایی کنند. هم مار و هم جوندگان توانائی لازم جهت تشخیص و پاسخ دهی به این ارتعاشات را دارند و در این جانوران سیستم های حسی در سطح بالائی نگهداری می شود. توانیی برای تشخیص سیگنالهایی با فرکانس پایین، احتمالاً در اجداد مشترک گذشته خزندگان و پستانداران وجود داشته است. و ممکن است یکی از ویژگیهای مقدماتی مهره داران باشد.
درک تکامل واکنش گریز از زلزله که در اثر موج p، تحریک شده است از طریق فرآیند تکاملی «اکسپتیشن» که شرح آن گذشت، چندان هم مشکل نیست. بررسی سطحی رشته فیزیولوژیست اعصاب نشان می دهد که فعل و انفعالات بین شکار وشکارچی بطور وسیع مسئول تحریک توانائی حیوانات جهت تشخیص سیگنالهای محیطی تقریباً پایین تر از محدوده پارازیت حرارتی می باشد. شواهد فعالیت شکاری در آثار فسیلی به اواخر دوره زمین شناسی کامبریان، حدود 545 میلیون سال می رسد که بوسیله حفره ها شکاری در پوسته سومین جانوران نرم تن، شناسایی شده است.
با در نظر گرفتن فشار انتخابی بیشمار از فعل و انفعالات بین شکار و شکارچی، سیر تکاملی بایستی حساسیت شنیداری و لامسه ای حیوانات را نسبت به نقطه ورور موج p، به تکامل برسد (جائی که بین فاصله کوتاه زمانی از نظر زمین شناسی قابل درک است) الگوی تکاملی این حسها برای اینکه منجر به واکنش گریز از زلزله شود، باید یک تغییر جزئی در آن صورت گیرد تا دو سیستم موجود رابه هم پیوند دهد. (حساسیت ارتعاشی و فرار شکارچی) و منجر به رفتار جدیدی شود که مرگ و میر حاصل از فعالیتهای زمین لرزه ای را کاهش دهد. گونه های وسیعی از مهره داران از ماهی گرفته تا پستانداران، رفتارهایی از خود بروز می دهند که منطبق با حضور این سیستم اساسی است. که این سیستم احتمالاً قبل از اواسط دوره اردو ویکیان (Ordovician) به تکامل رسیده است.
آیا رویدادهای شیمیایی و فیزیکی دیگری در سطح زمین وجود دارد که زمین لرزه های قریب الوقوع را هشدار دهد؟ آیا حیوانات قادر به تشخیص این رویدادها می باشند؟
زمانی که سیستم گریز از زلزله و تحریک شده بوسیله موج p، بوجود آمد (مثلاً این سیستم به تثبیت ژنتیکی بین هنگه دست یافت) یک فرآیند مشابه به فرآیند چرخش تصادفی و انتخاب طبیعی، (الگوی تکاملی اکسپتیشن) می تواند رخ دهد تا این فرآیند رابه سیگنالهای حسی دیگر متصل کند که، یک حیوان ممکن است قبل از زمین لرزه، این سیگنالها را درک کند. این مرحله اگر رخ داده است شامل انتقال از پاسخ اخطاری قبل از حادثه به یک پاسخ پیش گویی صحیح است. دلایل من به شرح زیر است :
در نزدیکی مرکز زمین لرزه قبل از رسیدن موج s، امواج p، به حد کافی پر انرژی بوده و موجب گدازش و فروپاشی حفره ها دراین قسمتها می شود این مناطق واکنش تحریک شده از سوی موج p، برای دوری یا کاهش اثرات ناشی اززمین لرزه، زیاد قابل استفاده نیست.
به عبارت دیگر اگر سیگنالهای دیگر نشانه وقوع زمین لرزه، عین قلمرو درک حسی جانور وجود دارند، پس جهشهای ژنتیکی تصادفی در ژنهای رفتاری ممکن است هراز گاهی، تشخیص این سیگنال را به واکنش هشداری حاصل از موج p، پیوند دهد. این فرایند تکاملی بعدها می تواند ، بهسازی شده و با انتخاب طبیعی بهبود یابد. طی 5 میلیون سال گذشته، این فرآیند ممکن است در اغلب نسلهای نامتناصبی بارها اتفاق افتاده باشد. و در عین حال بستگی به این دارد که تا چه حدی یک فرآیند حسی ارگانیسم، به خوبی عمل کرده است.
قبلاً اشاره شد که، فهرست مقدماتی IASPEI دارای نشانه های مهم زمین لرزه ای شامل پنج پیشنهاد ژئوفیزیکی است. سه تای از این ها صرفاً مربوط به زمین لرزه می باشد (پیش لرزه- پیش لرزه- سکون زمین لرزه ای قبل از پس لرزه های بزرگ، و دوتای دیگر مربوط به کاهش غلظت رادون و افزایش سطح آبهای زیر زمینی مربوط می باشد.) این لیست از وجود دیگر نشانه های ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی ممانعت نمی کند. و تا کنون مجموعه ای از مشاهدات خوش اقبال به دست آمده است که برای رسیدن به اعتبار آماری کوچکترین آستانه ها را در بر می گیرد.
مشکلی که هم اکنون با آن مواجهیم، تلاش برای گسترش این پیشنهادات به شیوه ای است که ممکن است منجر به پیشگوییهای قابل آزمایش در رابطه با رفتار حیوانی شود. به همین دلیل، بررسی مجموعه ای از موارد کمکی (نمونه هایی که هنوز انجمن (IASPEI) هنوز پیشنهاد نشده است).
همچنین موارد مطرح شده از رفتار حیوان پیش از زمین لرزه مفید خواهد بودو به خاطر داشته باشید که هدف از این کارها، پیشنهاد این موارد به انجمن نیست بلکه هدف، بهبود تستهای آزمایشگاهی تحریکات مربوطه در جمعیت حیوانی مناسب است تا بدانیم آیا این موارد، قادر به تولید رفتارهای گریزاز زلزله مانند وحشت می شوند یا نه. از این نقطه نظر حداقل 4 پیشنهاد ممکن برای حساسیت حیوان را می توان انتخاب و گلچین نمود.
1- شیب زمین 2- تغییرات رطوبتی 3- جریانها الکتریکی 4- تغییرات میدان مغناطیسی.