الطحالب الزرقاء تعيش من دون ضوء

وجد الباحثون أول البكتيريا الحية في 613 مترا من الصخور العميقة

تشير البقع البنفسجية والحمراء إلى البكتيريا الزرقاء النشطة في عينة حفر الصخور © PNAS
قراءة بصوت عال

البقاء على قيد الحياة على الرغم من الظلام: في الواقع ، البكتيريا الزرقاء بحاجة إلى أشعة الشمس للبقاء على قيد الحياة - مثل النباتات الأخرى أيضا. ولكن الآن اكتشف الباحثون في بئر عميقة في إسبانيا الطحالب الزرقاء والأخضر قابلة للحياة حتى على عمق 600 متر جيد. وجدت البكتيريا الزرقاء نفسها في مسام صغيرة وشقوق الصخور وكانت نشطة على الرغم من الظلام الدائم. أقدم الكائنات النباتية على الأرض قابلة للتكيف بشكل مدهش.

لا يعد "قبو" الأرض فارغًا أو ميتًا: على الرغم من أنه يسود في قشرة الأرض دائم الظلام ، والضيق ، وارتفاع الضغط والحرارة ، فإنه يعج هناك حتى قبل الحياة. حتى 2500 متر تحت قاع البحر ، اكتشف الباحثون البكتيريا الحية والميكروبات الأخرى. وفي "الطابق السفلي" من قاراتنا يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى أربعة أرباع الخلايا الحية.

ومع ذلك ، فإن جميع السكان المعروفين سابقًا في هذا المحيط الحيوي العميق لديهم شيء واحد مشترك: أنهم ينتمون إلى البكتيريا أو الأثر القديم ولا يعتمدون على ضوء الشمس والتمثيل الضوئي في طاقتهم ومغذياتهم. في الظلام الداكن لقشرة الأرض ، تكتسب هذه الميكروبات طاقتها من خلال التفاعلات الكيميائية مع الهيدروجين والمواد الأخرى الموجودة في الصخر.

الحمض النووي الريبي الأزرق والأخضر على عمق 600 متر

لكن الآن اكتشف الباحثون حول فرناندو بوينتي سانشيز من المعهد الوطني الاسباني للتكنولوجيا والفضاء في مدريد ساكنًا بعمق لا يحتمل وجوده: البكتيريا الزرقاء. تعتبر هذه البروتوزوان أول الكائنات الحية التي تستخدم التمثيل الضوئي وتزويد الأكسجين بجو الأرض.

نسبة البكتيريا الزرقاء وغيرها من المكروبات في الصخر. © Puente-Sanchez et al. / PNAS

"العلماء منذ فترة طويلة المعروف باسم الكائنات الحية القابلة للتكيف بيئيا" ، وأوضح العلماء. "ولكن حتى الآن ، اقتصر اتساع نطاقها البيئي على البيئات التي يوجد فيها على الأقل بعض أشعة الشمس." وقد فوجئ الباحثون أكثر عندما فحصوا الصخور من حفرة في جنوب غرب إسبانيا من عمق 420 و 607 متر على آثار الحياة. عرض

كشف تحليل عينات الحمض النووي الريبي الجرثومي: "أكثر الكائنات الحية شيوعًا في كلتا العيّنتين كانت البكتيريا الزرقاء" ، وفقًا لتقرير بوينتي سانشيز وزملاؤه. نمت كتل كاملة من العديد من الطحالب الخضراء المزروعة على الأسطح المعدنية للمسام الصغيرة والشقوق في الصخر ، كما كشف ذلك المزيد من التحقيقات.

الهيدروجين بدلا من التمثيل الضوئي

لكن كيف تبقى هذه البكتيريا الزرقاء هناك؟ في هذه الأعماق وفي منتصف الصخرة ، لا يوجد ضوء الشمس أو أي مصدر آخر للضوء يمكن أن يستخدم الطحالب الخضراء المزروعة للتمثيل الضوئي. في الواقع ، كشف تحليل مضان أن هذه البكتيريا الزرقاء الجوفية يبدو أنها خارج التمثيل الضوئي النشط: يتم تقليل أصباغ التمثيل الضوئي الخاصة بهم ، حسبما ذكر الباحثون.

الصخور الضخمة: تعيش البكتيريا الزرقاء في مسام صغيرة ورافعات الصخور القشرية. AS PNAS

وبدلاً من ذلك ، حولت البكتيريا الزرقاء إمداداتها من الطاقة إلى عمليات كيميائية بحتة. لقد ساعدتهم آلية طوارئ موجودة بالفعل ، كما اكتشف العلماء: إذا تلقت الطحالب الخضراء المزروعة الكثير من الضوء ، فإن هذا يطلق عملية يتم فيها إطلاق الإلكترونات من الخلية وإعادة توجيهها إلى مستقبلات الإلكترون الخارجية مماثلة لما يعرف بالبكتيريا electrogenic.

يقول الباحثون: "هذه الآلية الوقائية يمكن أن تسمح للطحالب ذات اللون الأزرق والأخضر بتأكسد الهيدروجين وغيرها من المركبات عن طريق التبرع بالإلكترونات للمستقبلات مثل الحديد أو أكاسيد المنجنيز أو المركبات الفينولية". من خلال هذا التفاعل ، تكتسب البكتيريا الزرقاء الطاقة التي تحتاجها لبناء مكونات خلايا عالية الطاقة وعملياتها الأيضية.

الطحالب الزرقاء أيضا في المريخ تحت الأرض؟

ولكن هذا يعني أن البكتيريا الزرقاء يمكن أن تلعب دوراً أكثر أهمية في المحيط الحيوي العميق مما كان يعتقد سابقًا ، كما يؤكد بونتي سانشيز وزملاؤه. من خلال قدرتها على استعمار البيئات الجافة والمظللة بالمغذيات المنخفضة واستخدام الهيدروجين كمصدر رئيسي للطاقة ، من المحتمل أن تكون الطحالب الخضراء المزروعة منتجًا رئيسيًا مهمًا لدورة الحياة العميقة.

هذا مثير أيضًا لعلم الأحياء الفلكي: "إن اكتشاف هذا المكان البيئي غير المعروف حتى الآن للبكتيريا الزرقاء يفتح آفاقًا جديدة حول وجوده المحتمل في المحيط الحيوي للكواكب والأنواع الأخرى أقمار ، "يقول الباحثون. من الناحية النظرية ، يمكن أن توجد الطحالب الخضراء المزرقة في خلفية الأجرام السماوية الأخرى مثل المريخ. (وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 2018 ؛ دوي: 10.1073 / pnas.1808176115)

(PNAS ، 02.10.2018 - NPO)