هذه الميكروبات الصديقة للمناخ تقوم بإعادة تدوير الكربون دون إنتاج غاز الميثان – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

These climate-friendly microbes recycle carbon without producing methane
 (Carolyn Gramling – بقلم: كارولين غراملنغ) 

ملخص المقالة:

 الينابيع الساخنة والفتحات الحرارية المائية المنتشرة على الأرض هي موطن “بروكارتشايو” {نوع من العتائق (Archaea)}، التي لا تنتج غاز الميثان الذي يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الأرض. ويمكنها أن تلعب دورًا كبيرًا في كيفية دوران الكربون والنيتروجين بين يابسة الأرض والمحيطات والغلاف الجوي. 

( المقالة )

اكتشف العلماء أن العتائق وحيدة الخلية المكتشفة حديثًا تعيش في رواسب الينابيع الساخنة

الينابيع الساخنة على الأرض والفتحات الحرارية المائية هي موطن لمجموعة لم يتم التعرف عليها من قبل من العتائق (Archaea). وعلى عكس الكائنات الدقيقة وحيدة الخلية المماثلة التي تعيش في أعماق الرواسب وتتغذى على المواد النباتية المتحللة، فإن هذه العتائق لا تنتج غاز الميثان الذي يتسبب في ارتفاع درجة حرارة المناخ، حسبما أفاد باحثون في 23 أبريل في نشرة “اتصالات الطبيعة” (Nature Communications).

وتقول فاليري دي أندا، عالمة الأحياء الدقيقة البيئية بجامعة تكساس في أوستن: “الكائنات الدقيقة هي أكثر أشكال الحياة تنوعًا ووفرة على الأرض، ونحن نعرف فقط 1 في المائة منها”. وتتابع: “معلوماتنا منحازة تجاه الكائنات الحية التي تؤثر على البشر. ولكن هناك الكثير من الكائنات الحية التي تقود الدورات الكيميائية الرئيسية على الأرض والتي لا نعرفها”.

تعتبر العتائق مجموعة غامضة بشكل خاص ( أخبار العلوم: 2/14/20). ولم يتم التعرف عليها حتى أواخر السبعينيات كمجال ثالث للحياة، يختلف عن البكتيريا وحقيقيات النوى (التي تشمل كل شيء آخر، من الفطريات إلى الحيوانات إلى النباتات).

ولسنوات عديدة، كان يُعتقد أن العتائق موجودة فقط في أكثر البيئات قسوة على الأرض، مثل الينابيع الساخنة. ولكن العتائق موجودة في كل مكان، ويمكن لهذه الميكروبات أن تلعب دورًا كبيرًا في كيفية دوران الكربون والنيتروجين بين يابسة الأرض والمحيطات والغلاف الجوي. وتقول دي أندا إن إحدى مجموعات العتائق، ثاوماتشايوتا (Thaumarchaeota) ، هي أكثر الميكروبات وفرة في المحيط (اخبار العلوم: 11/28/17).  والعتيقة التي تنتج غاز الميثان في بطون البقر تتسبب في تجشؤ الحيوانات كميات كبيرة من الغاز في الغلاف الجوي (أخبار العلوم: 11/18/15).

والآن، حددت دي أندا وزملاؤها شعبة جديدة تمامًا – فرع كبير من الكائنات الحية ذات الصلة على شجرة الحياة – من العتائق. وكان أول دليل على هذه الكائنات الجديدة داخل رواسب من سبعة ينابيع ساخنة في الصين وكذلك من الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار في حوض غوايماس في خليج كاليفورنيا. وداخل هذه الرواسب، وجد الفريق أجزاءً من الحمض النووي تم تجميعها بدقة في المخططات الجينية، أو الجينوم، لـ 15 نوعًا من العتائق المختلفة.

ثم قارن الباحثون المعلومات الجينية للجينوم مع تلك الخاصة بآلاف الجينومات المحددة مسبقًا للميكروبات الموصوفة في قواعد البيانات المتاحة للجمهور. وتقول دي أندا: “كانت هذه التسلسلات مختلفة تمامًا عن أي شيء نعرفه”.

وأعطت هي وزملاؤها المجموعة الجديدة اسم بروكارتشايوا (Brockarchaeota) ، نسبة الى توماس بروك، عالم الأحياء الدقيقة الذي كان أول من زرع العتائق في المختبر وتوفي في أبريل. ومهد اكتشاف بروك الطريق لتفاعل البوليميراز المتسلسل (Polymerase Chain Reaction (PCR))، وهي تقنية حائزة على جائزة نوبل تستخدم لنسخ أجزاء صغيرة من الحمض النووي، وتستخدم حاليًا في اختبارات كوفيد-19 (أخبار العلوم: 3/6/20).

واتضح أن بروكارتشايوا تعيش بالفعل في جميع أنحاء العالم – ولكن حتى الآن، تم تجاهلها، ولم يتم وصفها ولم يتم تسميتها. وبمجرد أن جمعت دي أندا وفريقها الجينومات الجديدة معًا ثم بحثوا عنها في قواعد البيانات العامة، اكتشفوا أنه تم العثور على أجزاء من هذه الكائنات غير المعروفة سابقًا في الينابيع الساخنة، ورواسب التنفيس الحرارية الأرضية والحرارة المائية من جنوب إفريقيا إلى إندونيسيا إلى رواندا.

العمل البحثي في الحمض النووي

تحتوي الرواسب التي تم جمعها في الينابيع الساخنة في الصين وفي حوض غوايماس في خليج كاليفورنيا (باللون البرتقالي) على أجزاء من الحمض النووي، وجد العلماء أنها جاءت من مجموعة من الكائنات الحية غير الموصوفة سابقًا، والتي يطلق عليها اسم بروكارتشايو ، والتي تتمتع أيضًا بعملية التمثيل الغذائي الفريدة. وبعد إعادة بناء المخططات الجينية لـ 15 كائنًا مختلفًا من هذه المجموعة، وجد الباحثون أن أجزاء من الحمض النووي من جميع أنحاء العالم (الأماكن المميزة باللون الأزرق) والتي قام الباحثون بتحميلها بالفعل إلى قواعد البيانات المتاحة للجمهور تبين أنها تنتمي أيضًا إلى هذه المجموعة.

المواقع التي تم العثور فيها على بروكارتشايوا – المصدر: جامعة تكساس في أوستن
1. الينابيع الساخنة في منتزه يلوستون الوطني (الولايات المتحدة)
2. ينابيع ليتل هوت كريك الساخنة (الولايات المتحدة)
3. رواسب حوض غوايماس في أعماق البحار (خليج كاليفورنيا)
4. رواسب بحيرة كيفو (رواندا)
5. ينابيع جنوب إفريقيا الساخنة
6. ينابيع كيوكاي وكيوزهومو الحارة (الصين)
7. الينابيع الساخنة في منطقة غودوي (الصين)
8. ينابيع تيناغتشونغ الساخنة (الصين)
9. رواسب بحيرة خليج بوني (اندونيسيا)

داخل الجينوم الجديد، بحث الفريق أيضًا عن الجينات المرتبطة بعملية التمثيل الغذائي للميكروبات – ما هي العناصر الغذائية التي تستهلكها ونوع النفايات التي تنتجها. وفي البداية، توقع الفريق – مثل العتائق الأخرى التي تم العثور عليها سابقًا في مثل هذه البيئات – أن هذه العتائق ستكون منتجة للميثان. إنهم يتغذون على نفس المواد التي تقوم بها العتائق المنتجة للميثان: مركبات أحادية الكربون مثل الميثانول أو كبريتيد الميثيل. وتقول دي أندا :  “لكننا لم نتمكن من تحديد الجينات التي تنتج الميثان. إنهم غير موجودين في بروكارتشايوا”.

وهذا يعني أن هذه العتائق يجب أن يكون لها أيض غير موصوف سابقًا، والتي من خلالها يمكنها إعادة تدوير الكربون – على سبيل المثال في الرواسب في قاع البحر – دون إنتاج الميثان. وبالنظر إلى مدى انتشارها، تقول دي أندا، يمكن أن تلعب هذه الكائنات دورًا مخفيًا سابقًا ولكنه مهم في دورة الكربون على الأرض.

ويقول لوك ماكاي، عالم البيئة الميكروبية للبيئات القاسية في جامعة ولاية مونتانا في بوزمان: “إنها مثيرة للاهتمام ذات شقين – إنها شعبة جديدة وعملية أيض جديدة”. ويضيف أن حقيقة هذه المجموعة بأكملها يمكن أن تظل تحت الرادار (الاهتمام) لفترة طويلة، “هي مؤشر على أين نحن من علم الأحياء الدقيقة”.

ويضيف ماكاي: “ولكن، هذا الاكتشاف هو أيضًا شهادة على قوة الميتاجينوميات، وهي التقنية التي يمكن للباحثين من خلالها تفكيك الجينومات الفردية بشق الأنفس من خليط كبير من الميكروبات في عينة معينة من الماء أو الرواسب. وبفضل هذه التقنية، يقوم الباحثون بتحديد المزيد والمزيد من أجزاء العالم الميكروبي الغامض سابقًا”.

وتقول دي أندا :  “هناك الكثير في الخارج يحتاج للإكتشاف. وفي كل مرة تقوم فيها بتسلسل المزيد من الحمض النووي، تبدأ في إدراك أن هناك المزيد الذي لم تكن قادرًا على رؤيته في المحاولة الأولى”.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://www.sciencenews.org/article/climate-microbes-recycle-carbon-methane-archaea-microbiology

اقتباسات:

ڤي دي أندا وآخرون، Brockarchaeota, a novel archaeal phylum with unique and versatile carbon cycling pathways. Nature Communications. Published online April 23, 2021. doi: 10.1038/s41467-021-22736-6.