تسمح الواحات المجهرية الموجودة على أوراق النباتات للبكتيريا بالبقاء على قيد الحياة خلال النهار
النباتات، مثل البشر والحيوانات الأخرى، لديها "عالم" صغير من البكتيريا التي تعيش على أجسامها - والعديد من هذه البكتيريا ضرورية ومفيدة لها. لكن البكتيريا، مثل جميع الكائنات الحية، تحتاج إلى الماء؛ كيف يمكنهم البقاء على قيد الحياة على أوراق النباتات التي تجف أثناء النهار؟
يجمع هذا السؤال بين عوالم الأحياء والفيزياء والكيمياء، ويمكن أن تكون الإجابة عليه مفيدة أيضًا في الحفاظ على النباتات وخاصة - في مجال الزراعة. لذلك توجه الدكتور نداف كشتان من كلية الزراعة والغذاء والبيئة في الجامعة العبرية للتحقيق في هذه القضية.
تبدو العديد من الأسطح داخل المنزل وما حوله جافة تمامًا لأعيننا، لكن مظهر العيون قد يكون خادعًا. فالسطح الزجاجي، على سبيل المثال، يمكن أن يكون جافًا للعين وحتى عند اللمس، ولكن من خلال عدسة المجهر سنرى قطرات صغيرة من الماء تحتوي على بكتيريا أو مجموعات من البكتيريا. وهذه القطرات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة؛ قطرها أصغر من سمك الشعرة. ومع ذلك، أظهرت الاختبارات أن البكتيريا يمكنها البقاء على قيد الحياة داخل هذه القطرات، وبالتالي الدفاع ضد الجفاف.ما هو السؤال، هل الآليات التي تساعد البكتيريا على التعامل مع الجفاف مرتبطة بالتعاون بين الخلايا؟
إن مسألة البكتيريا ومصادرها المائية الصغيرة ليست مثيرة للاهتمام فحسب، بل إنها ذات أهمية اقتصادية أيضا. يحتوي سطح النبات، مثل جلد الحيوانات والبشر، على عدد كبير من البكتيريا، تسمى الميكروبيوم. في السنوات الأخيرة، بدأنا نفهم مدى أهمية الميكروبيوم لصحة النبات ووظيفته. يعيش حوالي 10 ملايين كائن حي دقيق على ورقة متوسطة الحجم - معظمها بكتيريا "جيدة" لا تسبب الأمراض بل إنها مفيدة. تتمكن هذه البكتيريا من البقاء على قيد الحياة في بيئة مليئة بالتحديات، تتميز بالتغيرات الشديدة في درجات الحرارة والأشعة فوق البنفسجية والرطوبة طوال ساعات اليوم. في معظم البيئات الحية على الأرض، تظهر أوراق النباتات جافة تمامًا خلال النهار. كيف تتمكن البكتيريا الموجودة عليها من البقاء على قيد الحياة؟
اتضح أنه حتى أثناء النهار تكون أوراق النبات مغطاة بالرطوبة المجهرية: طبقة رقيقة من القطرات الصغيرة غير المرئية بالعين المجردة. إن جزيئات الغبار الصغيرة التي تحتوي على أملاح، والتي تنشأ في الهواء (الهباء الجوي) والتي تمتص الرطوبة من الهواء المحيط بها، هي المسؤولة عن هذه الرطوبة. خلال النهار، يتميز سطح الورقة بالرطوبة العالية، وذلك بسبب تبخر الماء من الورقة عبر فتحات صغيرة تسمى الترس. إن الجمع بين الرطوبة العالية والأملاح التي تحتوي على الغبار يخلق رطوبة مجهرية.
تميل هذه الرطوبة المجهرية إلى التراكم وتكوين قطرات صغيرة في المناطق الخشنة والمنحنية على السطح. ولذلك، تتشكل القطرات بالقرب من الشعيرات المجهرية الموجودة على سطح الورقة - وكذلك حول البكتيريا الموجودة عليها. حول مجموعات كبيرة من البكتيريا، ستتشكل قطرات أكبر، وحول البكتيريا الفردية - قطرات صغيرة.
ومن أجل فهم أفضل لكيفية استخدام البكتيريا لقطرات الماء الصغيرة هذه، طور الدكتور كاشتان وفريقه نظامًا تجريبيًا ينتج بللًا مجهريًا على الأسطح الاصطناعية. وبمساعدة الفحص المجهري المتقدم ومعالجة الصور والنماذج الرياضية والمحاكاة الحاسوبية، فحص الباحثون توزيع البكتيريا على الأسطح - على سبيل المثال، إذا استقرت على السطح كأفراد أو في مجموعات - وكيفية ترتيبها على السطح يرتبط بالمناظر الطبيعية المائية المجهرية. لقد علَّمت مليارات السنين من التطور البكتيريا أنه عندما تتعاون وتنظم معًا في مجموعات كبيرة، يمكنها الحصول على ميزة البقاء على قيد الحياة في البيئة التي غالبًا ما تكون جافة
وأشار البحث - الذي حصل على منحة من مؤسسة العلوم الوطنية - إلى ظاهرة رائعة: على الرغم من أنهم لم يأخذوا أي دورة في ميكانيكا الموائع، إلا أن البكتيريا تنظم نفسها على الأسطح بطريقة تحسن فرص بقائها على قيد الحياة. لقد علَّمت مليارات السنين من التطور البكتيريا أنه عندما تتعاون وتنظم معًا في مجموعات كبيرة، يمكنها الحصول على ميزة البقاء في البيئة التي غالبًا ما تكون جافة.
والسؤال العملي الذي يطرحه البحث هو كيف يؤثر تلوث الهواء أو الرذاذ الشائع في الزراعة على كمية الأملاح المخزنة على أوراق النبات، وبالتالي - على الرطوبة المجهرية والبكتيريا التي تعيش على الأوراق.
الحياة نفسها:
يستمتع الدكتور ناداف كاشتان بالمشي لمسافات طويلة والغوص وركوب الدراجات.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
