מהן המקבילות הימיות ל"מדבר", "סוואנה" ו"חורש ים-תיכוני"? בעזרת מודל חדש ואלגוריתמים של למידת מכונה, חוקרים מנסים לסווג אזורים תת-ימיים על פי מאפייניהם

כשאנחנו מטיילים בעולם מתגלים בפנינו נופים מרהיבים ושונים מהנופים המקיפים אותנו בביתנו. אך למרות העושר והמגוון האדירים של סוגי הצמחייה ובעלי החיים בעולם, קיימים גם קווי דמיון מובהקים בין סוגי נוף במקומות שונים בעולם: מדבר בארץ ישראל ייראה דומה יותר למדבר בארצות הברית מאשר ליער בצפון אירופה או ליער גשם באמזונס. הניסיון לסווג את הטבע לקטגוריות הוא עתיק יומין, וכשם שדרווין ניסה לאפיין את המינים השונים שצפה בהם במסעותיו, כך חוקרים רבים אחרים מנסים לסווג מערכות אקולוגיות שונות.

לאחד הניסיונות החשובים במאה ה-20 אחראי החוקר רוברט ויטקר (Whittaker), שסיווג את המערכות האקולוגיות ביבשה לפי שני פרמטרים: כמות המשקעים והטמפרטורה הממוצעת. מערכות אקולוגיות שכמות המשקעים בהן נמוכה מאפיינות הן אזורים חמים (כמו מדבריות) והן אזורים קרים (כמו בסביבת הקטבים). ויטקר סיווג את שלל סוגי המערכות האקולוגיות (הנקראות ביומים, biomes), כמו יערות גשם, יערות משווניים, חורשות ועוד, לפי שני הפרמטרים הללו. אף שכיום ישנן מערכות חלוקה מפורטות יותר, העקרונות של ויטקר מרכזיים ביותר במחקר גם היום.

 דגי דַּפְדּוּף שוחים בין מַנְגְרוֹבִים בגלפגוס | צילום: Nick Hawkins / Science Photo Library
מודל חדש מסווג את המערכות האקולוגיות בים גם לפי היצורים החיים בהן. דגי דַּפְדּוּף שוחים בין מַנְגְרוֹבִים בגלפגוס | צילום: Nick Hawkins / Science Photo Library

ים יבשה

סיווג המערכות האקולוגיות בים מורכב בהרבה מאשר ביבשה. אחד המאפיינים הבולטים של הים הוא הזרמים שבו, אשר מערבבים את המים. לכן גם ההבחנה בין בתי גידול שונים בים היא מורכבת יותר. כמו ביבשה, גם בים נעשו בעבר ניסיונות לאפיין אזורים שונים, למשל על פי המאפיינים הכימיים של גופי מים שונים (כמו הים התיכון או האוקיינוס הדרומי). עם זאת, מרבית הסיווגים מתייחסים לתנאי הסביבה ולא לסוגי היצורים החיים בגופי מים שונים. 

כדי לנסות להציע דרך חלוקה שמביאה בחשבון את היצורים החיים בכל אזור בים, פיתחו חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ואוניברסיטת הרווארד מודל המתאר הן מאפיינים כימיים של הרכב המים והן מאפיינים ביולוגיים של החיים באוקיינוס, כגון המסה של פלנקטון (כלל היצורים הזעירים הנסחפים בזרמי הים, כמו חסילונים) והשכיחות היחסית של פלנקטון מסוגים שונים. החוקרים נעזרו באלגוריתמים של למידת מכונה כדי לסווג לפי מודל זה אזורים שונים באוקיינוס. בעזרת האלגוריתמים, הם הצליחו לזהות אזורים בים שיש להם מאפיינים כימיים וביולוגיים דומים. כמה מהדפוסים שזיהו החוקרים מוכרים היטב לחוקרי הים: למשל, באזורים הנמצאים בחופים המערביים של יבשות מתרחשת עליית מי עומק קרים אשר מביאים איתם חומרי הזנה רבים, ולכן משגשגים בהם מגוון בעלי חיים.

המחקר מציג דרך חדשנית לסווג את עולם החי של הים, אשר אינה מתבססת על שיקול הדעת האנושי, ובכל זאת מצליחה לזהות את הגורמים המרכזיים שמבחינים בין אזורים שונים בים. החלוקה החדשה יכולה להנחות מאמצי ניטור ומעקב אחר מערכות אקולוגיות בים, וכן אחר השפעות האדם עליהן.