اكتشف العلماء شكلاً جديدًا رائعًا من التكافل - وهي بكتيريا تعيش في الداخل وتوفر الطاقة لكائن وحيد الخلية يسمى الهدب. وعلى عكس الميتوكوندريا، التي تستخدم الأكسجين، يوفر الميكروب الطاقة لمضيفه عن طريق استنشاق النترات.
اكتشف الباحثون الميكروب لأول مرة في بحيرة مياه عذبة ثم شرعوا في تحديد نطاق توزيعه. ولدهشتهم، وجدوا هذه الميكروبات في مجموعة متنوعة من البيئات حول العالم، من البحيرات والمياه الجوفية إلى مياه الصرف الصحي. يتحدى هذا الاكتشاف فهمنا للشراكات الميكروبية ويكشف كيف تلعب هذه الكائنات الصغيرة دورًا خفيًا ولكنه مهم في النظم البيئية حول العالم.
في عام 2021، توصل العلماء في معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة البحرية في بريمن، ألمانيا، إلى اكتشاف كبير: تعيش بكتيريا فريدة من نوعها في الكائنات الهدبية وتوفر الطاقة لها، وهي كائن حقيقي النواة أحادي الخلية. تشبه هذه العلاقة التكافلية الدور الذي تلعبه الميتوكوندريا في الخلايا، ولكن مع اختلاف رئيسي واحد: بدلاً من استخدام الأكسجين، تولد هذه البكتيريا التكافلية الداخلية الطاقة من خلال تنفس النترات.
ومن أجل فهم توزيع وتنوع هذه الكائنات الحية الدقيقة غير العادية بشكل أفضل، قام الباحثون في بريمن بتوسيع نطاق دراستهم. الآن، بدأ الباحثون في بريمن في معرفة المزيد عن التوزيع البيئي والتنوع البيئي لهذه الكائنات المتعايشة الغريبة. تشرح يانا ميلوكا من معهد ماكس بلانك للأحياء الدقيقة البحرية: "بعد اكتشاف هذا المتكافل لأول مرة في بحيرة مياه عذبة، أردنا أن نعرف مدى شيوع هذه الكائنات في الطبيعة. هل هي نادرة للغاية وبالتالي ظلت غير مكتشفة لفترة طويلة؟ أم أنها موجودة في مكان آخر، وإذا كان الأمر كذلك، ما هي قدراتها الأيضية؟"
لمعرفة ذلك، بحث العلماء في قواعد بيانات التسلسل العامة الكبيرة التي تحتوي على بيانات وراثية من العديد من العينات البيئية. ما وجدوه كان مفاجئًا: ظهرت هذه الكائنات المتعايشة في حوالي 1000 مجموعة بيانات مختلفة. وقال ميلوكا: "لقد فوجئنا بمدى انتشارها في كل مكان". "يمكننا العثور عليها في كل قارة مأهولة، وعلاوة على ذلك، تعلمنا أنها يمكن أن تعيش ليس فقط في البحيرات وغيرها من موائل المياه العذبة، ولكن أيضًا في المياه الجوفية وحتى مياه الصرف الصحي."
اكتشف العلماء ليس فقط المتكافلات الأصلية في مجموعات البيانات هذه، ولكن أيضًا بعض الأقارب الجدد. يوضح المؤلف الأول دان سبيث: "لقد حددنا في النهاية أربعة أنواع جديدة، اثنان منها يشكلان جنسًا جديدًا، لأن المتكافلات في هذا الجنس الجديد قد تكون مرتبطة بـ Azoamicus المكتشف في الأصل (والذي يعني اسمه "صديق النيتروجين") له دور مماثل وقمنا بتسمية الجنس الجديد Azosocius ("صديق النيتروجين"). كنا محظوظين بما فيه الكفاية للعثور على نوع Azosocius جديد في عينات المياه الجوفية من Heinich، ألمانيا. ليس بعيدًا عن بريمن."
والآن، يريد العلماء التعمق أكثر في حياة هذه الأنواع الجديدة. من خلال العمل مع كيرستن كوسيل وويل أوفرهولت من جامعة فريدريش شيلر جينا بألمانيا، اللذين قاما في الأصل بجمع عينات هاينيتش، تمكن العلماء من الوصول إلى مواقع أخذ العينات ودراسة البيانات metatranscriptomic - البيانات التي تصف التعبير الجيني في عينة وتظهر النشاط الميكروبي.
وتابع سبيث: "هنا نحصل على مفاجأة أخرى - يمكن لهذه الكائنات التنفسية المتعايشة أن تلعب حيلًا جديدة. على عكس الأنواع المتعايشة الأصلية، والتي يمكنها فقط القيام بالتنفس اللاهوائي (أي إزالة النتروجين)، فإن جميع الأنواع المتعايشة الجديدة تشفر في الواقع إنزيم أوكسيديز طرفي يسمح لها بأداء تنفس الأكسجين بالإضافة إلى النيتروجين. وقد يفسر هذا سبب العثور على هذه المتكافلات أيضًا في بيئات تعاني من نقص الأكسجين كليًا أو جزئيًا".
النتائج المنشورة الآن في مجلة Nature Communications تجيب على أسئلة العلماء المفتوحة حول الجغرافيا الحيوية للمتعايشين. يقول ميلوكا: "بفضل اكتشاف هذه الأنواع الجديدة، يمكننا الآن أن نبدأ في التفكير أكثر في تطورها أيضًا". "نأمل أن نفهم بشكل أفضل كيف بدأت هذه التعايشات المفيدة وكيف تطورت مع مرور الوقت." "
وأضاف سبيث أن هناك أيضًا جوانب بيئية للدراسة: "من خلال إجراء عملية إزالة النتروجين، يكون لهذه العلاقة التكافلية تأثير على دورة النيتروجين في بيئاتها الخاصة، ولديها القدرة على إزالة العناصر الغذائية مثل أكاسيد النيتروجين أثناء إنتاج الغازات الدفيئة مثل أكسيد النيتروز".
وأخيرًا وليس آخرًا، هناك تقدير بسيط لعالم الميكروبات. وقال ميلوكا بحماس: "هذا المخلوق هو معجزة الطبيعة". "غالبًا ما تكون الطلائعيات قادرة على تنفيذ مثل هذه الابتكارات الأيضية المذهلة لأنها ترتبط بسهولة مع بدائيات النوى. بالنسبة لي، هذا رائع حقًا. هذه الكائنات هي جزء مهم من اللغز في فهم تطور حقيقيات النوى."
تم تجميعها من /ScitechDaily