في بعض المناطق الأكثر جفافًا على وجه الأرض، تبدو القشرة الداكنة غير الواضحة على السطح عبارة عن نظام بيئي صغير متطور للغاية. تتكون من الطحالب والفطريات والبكتيريا والطحالب والحيوانات المجهرية، وتسمى "قشرة التربة البيولوجية" وتلعب دورًا رئيسيًا في تأمين العناصر الغذائية، وتثبيت التربة، ومنع تآكل الرياح.
يعد موس واحدًا من أكثر الأعضاء "حملاً" في هذا المجتمع. يمكن أن تجف تمامًا وتبدو ميتة، ولكن يمكن أن تنتعش بسرعة بعد هطول أمطار قصيرة؛ يمكن لبعض الأنواع أن تلتصق بالصخور العارية وتعيش في درجات حرارة عالية ونقص المياه على المدى الطويل. وقد دفعت هذه الخاصية العنيدة العلماء إلى تصور أن الطحالب قد تساعد البشر في الحفاظ على أنظمة دعم الحياة في بيئات خارج كوكب الأرض في المستقبل.
اقترح فريق بحث من جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، مؤخرًا أن القدرة الفائقة على البقاء لطحالب الصحراء قد تكون بسبب "مساعد خفي" - الفطريات التي تعيش داخل أنسجة الطحالب. تشير الأدلة، المنشورة في مجلة New Phytologist النباتية، إلى وجود علاقة تكافلية لم يتم توثيقها رسميًا من قبل في الطحالب.
إذا تم تأكيد هذا الاكتشاف في نهاية المطاف، فإنه قد لا ينقض فقط فرضية أساسية طويلة الأمد حول بيولوجيا الطحالب، ولكنه قد يوفر أيضًا للعلماء نافذة جديدة للمراقبة لإعادة فحص نقطة التحول في تاريخ الأرض منذ حوالي 470 مليون سنة عندما هبطت النباتات لأول مرة على الأرض على نطاق واسع.
تظهر الأبحاث الحالية أن أكثر من 80% من النباتات الأرضية لا تعمل بمفردها، ولكنها تشكل شراكة ضمنية مع الفطريات: تساعد الفطريات النباتات في الحصول على العناصر الغذائية المعدنية من التربة، وترد النباتات للفطريات بالسكريات المنتجة من خلال عملية التمثيل الضوئي. واحدة من أهمها هي المجموعة الفطرية "الفطريات الشجرية الميكوريزا" (AMF)، والتي تشكل هياكل صغيرة تشبه الفروع على جذور النباتات والتي تعمل كواجهات لتبادل العناصر الغذائية.
ومع ذلك، فقد كان يُنظر إلى الطحالب منذ فترة طويلة على أنها "الاستثناء" لهذا النمط. على عكس كاسيات البذور والنباتات الخشبية ومعظم المحاصيل، تفتقر الطحالب إلى أنظمة الجذر الحقيقية، وقد اعتقد المجتمع العلمي منذ فترة طويلة أنه لا يوجد شركاء مماثلون للفطريات الفطرية بين ما يقرب من 10000 نوع معروف من الطحالب.
"لقد كان هذا هو النموذج الأساسي في الكتب المدرسية." وأشار المؤلف المشارك في الدراسة جيسون ستاجيك، أستاذ علم الأحياء الدقيقة وأمراض النبات في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، إلى أنه في الفهم التقليدي، لا يبدو أن الطحالب بحاجة إلى الاعتماد على الفطريات للبقاء على قيد الحياة.
ولاختبار هذه الفرضية "المسبقة"، ذهب جين كيلي، طالب الدكتوراه في المدرسة، إلى صحاري موهافي وسونوران لإجراء أخذ عينات ميدانية. غالبًا ما تتجاوز درجات الحرارة أثناء النهار في هذه المناطق 38 درجة مئوية، مما يجعلها مواقع تجريبية طبيعية قاسية ومواقع مثالية لمراقبة استراتيجيات البقاء في البيئات القاسية.
凯利专门挑选生物土壤结皮中的苔藓作为研究对象。这类结皮常被形容为“沙漠的活体外皮”，不仅支撑干旱生态系统运转，同时极为脆弱，往往一次脚印或轮胎碾压就可能令其几十年难以恢复。
أثناء عملية الجمع، حاول كيلي أيضًا مقارنة مجتمعات الطحالب في الظروف المناخية المختلفة. "في بعض الأحيان، استغرق الأمر وقتًا طويلاً وكان من الصعب العثور على نفس النوع من الطحالب في بيئة أخرى." وأشار إلى البحث المتكرر في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة للغاية لإنشاء عينات قابلة للمقارنة بين المناطق القاحلة والرطبة نسبيًا.
والسؤال الأساسي لفريق البحث هو: هل هناك اختلافات منهجية في المجتمعات الفطرية داخل الطحالب من المناطق المناخية المختلفة؟ وهذا مهم بشكل خاص لفهم المنطقة القاحلة العالمية الآخذة في الاتساع. إذا ساعدت فطريات معينة الطحالب على تحمل الحرارة والجفاف، فإنها يمكن أن تؤثر بشكل عميق على كيفية استجابة النظم البيئية الصحراوية لتغير المناخ.
في المختبر، يقوم الباحثون بطحن ومعالجة عينات الطحالب المجمعة وإجراء اختبار الحمض النووي الفطري. أظهرت النتائج أن الفطريات موجودة بالفعل داخل الأنسجة الطحلبية، والأكثر إثارة للدهشة أنها تضمنت نوعًا من فطريات الميكوريزا التي يُعتقد عادةً أنها يجب أن تلتصق بالنباتات من أجل البقاء.
وجدت مزيد من المقارنة أن المجتمع الفطري في الطحلب لم يكن متطابقًا مع المجتمع الفطري في التربة المحيطة، كما أن التجمع الفطري من طحالب الصحراء القاحلة كان أيضًا مختلفًا بشكل كبير عن التركيب الفطري في الطحالب من البيئات الأكثر اعتدالًا. ويتوقع كيلي أن "بعض الفطريات قد تكون أكثر ملاءمة لبقاء الطحالب في البيئات الحارة والجافة".
وهذا النمط يقلل بشكل كبير من احتمالية "فرضية التلوث". إذا كانت الفطريات مجرد بقايا تربة ملتصقة بسطح الطحلب، فإن سلالات الحمض النووي المكتشفة داخل الطحلب يجب أن تكون أقرب إلى تلك الموجودة في التربة الخلفية. لكن النتيجة الفعلية تشبه إلى حد كبير "انتقاء" الطحلب لشركاء فطريين محددين، مما يشير إلى بعض الارتباط الانتقائي بين الطرفين.
لا تزال أدلة الحمض النووي وحدها غير كافية لإثبات أن الفطريات تستعمر بالفعل داخل أنسجة النبات وتشارك في الأنشطة الفسيولوجية. وللبحث عن أدلة هيكلية مباشرة، عالج كيلي الأنسجة الطحلبية بصبغة زرقاء ترتبط بالفطر على وجه التحديد ونظر إليها تحت المجهر.
داخل الخلايا الطحلبية، رأى هياكل فطرية متفرعة ومتفرعة. وقال كيلي: "عندما رأيت هذه الأشكال لأول مرة تحت المجهر، علمت أننا وجدنا شيئا غير عادي للغاية".
تشبه هذه الهياكل من الناحية الشكلية "الشجيرات" التي تشكلها الفطريات الفطرية النموذجية في جذور النباتات - وهي هياكل شبيهة بالأشجار تستخدم لتبادل العناصر الغذائية. ولكن على عكس النباتات ذات الجذور، لا يوجد لدى الطحلب نظام جذر حقيقي. تظهر هذه الهياكل الشبيهة "بالفرع" في أوراق الطحالب، لذلك أطلق عليها فريق البحث مؤقتًا اسم "الهياكل الشبيهة بالشجر".
من حيث الشكل وموقع التوزيع، تشبه هذه الهياكل إلى حد كبير واجهات تبادل العناصر الغذائية في النباتات الأخرى، لكن العلماء ما زالوا بحاجة إلى مزيد من إثبات ما إذا كان تبادل المواد يحدث بالفعل بين الطحالب والفطريات. فقط عندما يتم تأكيد ذلك بدقة، يمكن تعريف العلاقة رسميًا على أنها تكافل حقيقي.
يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار أبعد من مجال البيئة الصحراوية. تنتمي الطحالب إلى فرع قديم جدًا من الشجرة التطورية النباتية وتعتبر من أقدم أقارب النباتات البرية.
مع انتقال النباتات من البيئات المائية إلى اليابسة، يجب عليها حل مجموعة جديدة تمامًا من المشكلات في الحصول على العناصر الغذائية، ومنع فقدان الماء، والابتعاد عن الدعم المادي للمسطحات المائية. يُظهر المزيد والمزيد من السجلات الأحفورية أن مزيج النباتات والفطريات المبكرة ربما لعب دورًا حاسمًا في هذه العملية التاريخية. بل إن العديد من الباحثين يعتقدون أن هذه الشراكات هي التي ساهمت في "تخضير" قارات الأرض على نطاق واسع.
إذا كانت الطحالب قادرة بالفعل على استضافة الفطريات الفطرية بطريقة تم التغاضي عنها سابقًا، فإن ذلك سيجبر المجتمع العلمي على إعادة التفكير في أصول وتنوع العلاقات بين الفطريات والنباتات في وقت مبكر من التطور، وربما يعيد كتابة السرد الكلاسيكي حول نوع الفطريات التي تعتمد عليها النباتات في الهبوط على الأرض.
ومن منظور التطبيق، يرتبط هذا البحث أيضًا بممارسات الاستعادة البيئية في المناطق القاحلة. تواجه قشور التربة البيولوجية حاليًا تهديدات متعددة مثل ارتفاع درجات الحرارة، والجفاف المستمر، وضغط الرعي، والمركبات على الطرق الوعرة، ودهس البشر. إن تعافي هذا النوع من المجتمع بطيء للغاية. بمجرد تعرضها للتلف، غالبًا ما يستغرق الأمر سنوات أو حتى عقودًا لإعادة البناء جزئيًا.
ولا يمكن للتجربة الحالية أن تثبت بشكل مباشر أن الفطر يساعد الطحلب بالتأكيد على تحسين معدل بقائه على قيد الحياة، لكنها تكشف بوضوح عن "شبكة مخفية" لم يتم التعرف عليها من قبل. بالنسبة للباحثين الذين يأملون في تنفيذ الترميم البيئي في المناطق القاحلة المتدهورة، فإن آلية التعاون المحتملة بين الطحالب والفطريات قد توفر أفكارًا جديدة لتصميم استراتيجيات ترميم أكثر تطورًا في المستقبل.
وكما قال كيلي: "إن الصحراء مليئة بأشكال الحياة التي يعتبرها الناس أمرًا مفروغًا منه ولكنهم لا ينظرون إليها بجدية أبدًا. وفي بعض الأحيان، تنمو المفاجآت الكبرى بهدوء تحت أقدامنا".