في المناطق الجليدية القاسية في القارة القطبية الجنوبية، يعد البقاء على قيد الحياة بمثابة صراع يومي. بالنسبة للديدان البحرية، تشكل المياه المتجمدة تهديدًا مستمرًا لوجودها. ومع ذلك، فقد وجدت هذه المخلوقات طريقة للصمود في هذه البيئة القاسية، وكل ذلك بفضل التحالف غير المتوقع مع البكتيريا. كشف باحثون من مؤسسات متعددة في إيطاليا القصة الرائعة لكيفية صمود الديدان البحرية في القطب الجنوبي وتكوين علاقات تكافلية مع البكتيريا التي تنتج بروتينات طبيعية مضادة للتجمد، مما يسمح لها بالبقاء على قيد الحياة في درجات حرارة قد تكون مميتة.
يلقي هذا الاكتشاف الرائد الضوء على العلاقات المعقدة بين الميكروبات والكائنات الحية، وله آثار مهمة على فهمنا للتكيف والبقاء في البيئات القاسية. تكشف الدراسة، التي نُشرت في (Science Advances)، عن مثال رائع للتكافل وتفتح آفاقًا جديدة للبحث في آليات مقاومة التجمد والتكيف في اللافقاريات البحرية.
محتويات المقال :
درجات الحرارة المتجمدة
عندما يتجمد الماء، فإنه يتمدد، وهذا التمدد يمكن أن يكون مميتًا للخلايا الحية. وفي القارة القطبية الجنوبية، حيث تنخفض درجات الحرارة غالبًا إلى أقل من 1.8 درجة مئوية تحت الصفر، فهذا يعني أن الماء الموجود داخل الخلايا يمكن أن يتحول إلى بلورات ثلجية، مما يسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه لآليات الخلية الحساسة. وتشكل هذه الظاهرة، المعروفة باسم “تكوين بلورات الجليد” (Ice crystals formation)، عقبة رئيسية أمام ازدهار الحياة في هذه البيئات المتجمدة.
في مثل هذه الظروف القاسية، حتى أقوى الكائنات الحية تكافح من أجل البقاء. نطاق درجة الحرارة في القارة القطبية الجنوبية منخفض جدًا لدرجة أن درجة حرارة مياه المحيط، والتي تبلغ عمومًا حوالي 2 درجة مئوية، يمكن أن تنخفض إلى -1.8 درجة مئوية في مناطق معينة. وهذا يجعلها واحدة من أكثر البيئات قسوة على وجه الأرض، حيث لا يستطيع سوى عدد قليل من الأنواع التكيف من أجل البقاء.
تشكل درجات الحرارة المتجمدة في القارة القطبية الجنوبية تحديًا كبيرًا للحياة البحرية، خاصة بالنسبة لأنواع مثل الديدان البحرية التي تفتقر إلى الدهن أو الريش العازل الموجود في حيوانات القطب الجنوبي الأخرى. ومما يزيد الطين بلة أن درجات الحرارة المنخفضة تبطئ عمليات التمثيل الغذائي لدى الديدان، مما يزيد من صعوبة توليد الطاقة والحفاظ على وظائف الجسم الأساسية. ومن العجيب أن بعض الديدان البحرية تمكنت من إيجاد طرق ليس فقط للبقاء على قيد الحياة، بل أيضًا للازدهار في هذه البيئة المتجمدة.
العلاقات بين الميكروبات والمضيف
إن مفهوم التعايش بين الأنواع المختلفة كان موجودًا منذ مليارات السنين. من أقدم بكتيريا التي شكلت أساس الحياة على كوكبنا إلى الشبكات المعقدة من الفطريات والنباتات في النظم البيئية الحديثة، لعبت الميكروبات دورًا حاسمًا في تشكيل تطور الحياة.
في سياق النظم البيئية البحرية، ظل الباحثون يدرسون العلاقات بين الميكروبات ومضيفيها لعقود من الزمن. ومن أوائل الاكتشافات في هذا المجال كانت مراقبة الحُيَيْوَنَات الصفراء (Zooxanthellae)، وهي طحالب وحيدة الخلية تعيش داخل أنسجة المرجان، وتوفر لها العناصر الغذائية الأساسية مقابل المأوى والحماية. أثار هذا الاكتشاف الرائد في القرن التاسع عشر موجة من الأبحاث حول التفاعلات المعقدة بين الميكروبات ومضيفيها.
وبالتقدم سريعًا إلى القرن العشرين، بدأ العلماء في استكشاف مفهوم هولوبيونت (holobiont)، الذي يشير إلى الكيان الجماعي الذي يشتمل على المضيف والكائنات الحية الدقيقة المرتبطة به. تدرك هذه الفكرة أن الحدود بين الأنواع الفردية غالبًا ما تكون غير واضحة، وأن الميكروبات الموجود في الكائن الحي يمكن أن يكون له تأثير عميق على وظائف الأعضاء، والسلوك، وحتى تطوره.
الكشف عن الشراكة التكافلية في القارة القطبية الجنوبية
في البيئة الجليدية القاسية في القارة القطبية الجنوبية، طورت الديدان البحرية استراتيجية غير عادية للبقاء على قيد الحياة. ومن خلال تكوين شراكة تكافلية مع البكتيريا، وجدت هذه الديدان طريقة للنمو في ظروف قد تكون معادية للحياة. ولكن كيف تبدو هذه الشراكة بالضبط، وكيف تساعد البكتيريا مضيفاتها من الديدان على البقاء على قيد الحياة؟
ولكشف أسرار هذه الشراكة، سافر فريق البحث إلى المناطق الساحلية في القارة القطبية الجنوبية، وجمع عينات من الرواسب التي تحتوي على ثلاثة أنواع من الديدان: (Leitoscoloplos Geminus)، و(Aphelochaeta palmeri)، و(Aglaophamus trissophyllus). توجد هذه الديدان في المياه التي يبلغ متوسط درجة حرارتها درجة مئوية واحدة تحت درجة التجمد، وهي درجة حرارة قد تكون قاتلة لمعظم أشكال الحياة.
ومن خلال فحص أجسام الديدان، اكتشف الباحثون أنها كانت مأهولة بنوعين من البكتيريا: (Meiothermus) و(Anoxybacillus). تنتج هذه البكتيريا بروتينات تحتوي على مواد كيميائية تسمى البرولين والجليكول، والتي تعمل على خفض درجة تجمد السوائل الداخلية للديدان. يمنع هذا التأثير الشبيه بمضاد التجمد تكوين بلورات الثلج داخل خلايا الديدان، مما يسمح لها بالبقاء على قيد الحياة في المياه المتجمدة.
ولكن كيف نشأت هذه الشراكة التكافلية؟ يشتبه الباحثون في أن هذه العلاقة كانت مستمرة لفترة طويلة، حيث تقوم أجيال من الديدان البحرية بنقل البكتيريا إلى نسلها. وربما كانت هذه الشراكة الرائعة مفيدة في مساعدة هذه الأنواع على ترسيخ وجودها في بيئة القارة القطبية الجنوبية القاسية.
تطبيقات في الحفظ بالتبريد
إن اكتشاف صمود الديدان البحرية في القطب الجنوبي يمكن أن يكون له آثار بعيدة المدى في مجالات مختلفة، بما في ذلك الطب والتكنولوجيا الحيوية والحفاظ على البيئة. أحد التطبيقات الواعدة هو الحفظ بالتبريد، حيث يتم حفظ الخلايا في درجات حرارة منخفضة للغاية. من خلال فهم كيفية إنتاج هذه البكتيريا للبروتينات المضادة للتجمد، يمكن للعلماء تطوير طرق جديدة لإبقاء الخلايا على قيد الحياة أثناء التجميد، وإحداث ثورة في زراعة الأعضاء، والحفاظ على الخصوبة، وحتى السفر إلى الفضاء لفترات طويلة.
علاوة على ذلك، يمكن لهذا الإنجاز أن يسلط الضوء أيضًا على العلاقات المعقدة بين الكائنات الحية الدقيقة ومضيفيها في البيئات القاسية الأخرى، بدءًا من الصحاري الحارقة وحتى أعمق خنادق المحيط. ومن خلال استكشاف هذه الشراكات التكافلية، قد يكشف العلماء عن استراتيجيات جديدة للتكيف مع تحديات تغير المناخ، والأمن الغذائي، وحتى استكشاف الفضاء.
المصدر
Antarctic Worms Have an Amazing Secret For Surviving Deadly Icy Water / science alert
Author: أخبار علمية
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :