حتى البكتيريا التي تفضل درجات الحرارة المعتدلة قادرة على النمو والتكاثر حتى في الظروف شديدة الحرارة أو البرودة. ويحاول الباحثون الإسرائيليون معرفة كيفية القيام بذلك
لا يعمل الأشخاص بشكل جيد في ظل الإجهاد الحراري المرتفع، أو عندما يكونون باردين جدًا. من الصعب وصف الحياة العصرية دون مدفأة مشتعلة، وزجاجة ساخنة، ومعاطف، ومراوح، ومكيفات هواء. بالمقارنة بنا، فإن البكتيريا والطحالب هي كائنات أقل فسادًا بكثير. إنها موجودة دون شكاوى خاصة في القطب الجنوبي المتجمد أو في ينابيع الماء المغلي، ودون أي قدرة على تنظيم حرارة الجسم، وبالتأكيد دون أي وسائل تكنولوجية.
كيف تتمكن البكتيريا من الازدهار في البيئات ذات درجات الحرارة القصوى؟ إذا وجدنا الإجابة على هذا السؤال، فربما نتمكن من تحسين قدرة المحاصيل الزراعية على التعامل مع الظروف الحارة والباردة، وتحسين العمليات الصناعية، وإيجاد حلول لمختلف المشاكل البيئية. هذه هي بالضبط الأسئلة التي تقع في قلب نشاط فريق علمي متعدد التخصصات برئاسة البروفيسور أفيغدور شارتس من قسم علوم النبات في معهد وايزمان للعلوم. معا مع
حاول الفريق، الذي ضم طلاب البحث أوكسانا شليك كيرنر وإيلان ساميش وهادر كيلز، وباحثي ما بعد الدكتوراه ديفيد كابتان ونيتا هولاند وماروتي سي، والبروفيسور شيرتز، فك رموز الآليات التي تسمح للمخلوقات المختلفة بالعيش والازدهار. في بيئة تتميز بمجموعة واسعة من درجات الحرارة. أو كما قال العلماء: كيف تتمكن الأنظمة الأنزيمية ذات البنية والخصائص المتشابهة جدًا من العمل بكفاءة مماثلة في ظل ظروف درجات حرارة مختلفة تمامًا.
وقام الباحثون بفحص أنواع مختلفة من البكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي (إنتاج المواد الغذائية – السكريات – بمساعدة الطاقة الشمسية). ركزوا على إحدى الخطوات الرئيسية للعملية (نقل الإلكترون بين جزيئين موجودين على "مركز تفاعل" البروتين)، وقارنوا معدل هذا التفاعل في نوعين من البكتيريا، مع رفع درجة الحرارة المحيطة تدريجيًا.
ولدهشتهم، اكتشف الباحثون أن التفاعل لا يطيع المفهوم الشائع، والذي بموجبه يزداد معدل أي تفاعل إنزيمي بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة. في الواقع، أصبح من الواضح لهم أن معدل التفاعل بلغ ذروته بالضبط في نطاق درجة الحرارة الذي "تحب" البكتيريا أن تتواجد فيه. وظل هذا المعدل دون تغيير حتى مع استمرار ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. بمعنى آخر، لا تتأثر البكتيريا بأخطاء الطقس، بل تنظم معدل نشاطها الأنزيمي وفقًا لمتوسط درجة حرارة البيئة التي تعيش فيها. وبهذه الطريقة، يتجنبون الانخفاض الخطير في النشاط نتيجة لتبريد البيئة، وفرط النشاط المدمر نتيجة لارتفاع درجة حرارة البيئة.
كيف يفعلون ذلك؟ قام العلماء بفحص مراكز تفاعل البروتين حيث تحدث خطوة رئيسية في عملية التمثيل الضوئي في البكتيريا التي "تحب" درجات الحرارة المعتدلة، وفي البكتيريا التي تزدهر في بيئة شديدة الحرارة. تكاد تكون بروتينات البكتريا متطابقة، لكن العلماء تمكنوا من تحديد اختلاف بسيط بينهما: اثنان من الأحماض الأمينية (الوحدات التي تتكون منها البروتينات) في بروتين البكتيريا التي تحب البيئة المعتدلة يختلفان عن تلك الموجودة فيهما. وجدت في نفس المكان على تسلسل البروتين للبكتيريا المحبة للحرارة. عاش الفارق البسيط.
وافترض العلماء أن هذا الاختلاف يسمح للبكتيريا بتعديل معدل نشاطها حسب درجة الحرارة المحيطة. وبالفعل، عندما تم تغيير تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين باستخدام أساليب الهندسة الوراثية، تغير نطاق النشاط الأمثل للبكتيريا بنحو 10 درجات، على غرار ما يحدث في الطبيعة.
وربما تساعد هذه النتائج مستقبلا في تطوير أصناف نباتية مقاومة لدرجات الحرارة القصوى، بحيث يكون من الممكن، على سبيل المثال، زراعة نباتات غذائية مختلفة في المناطق الصحراوية. قد تؤدي التطبيقات الإضافية إلى تحسين العمليات الصناعية التي تنطوي على تفاعلات إنزيمية. ويقول البروفيسور شيرتز إن القدرة على زيادة معدل نشاط إنزيمات التمثيل الضوئي قد تسمح في المستقبل بالتحكم في معدل التمثيل الضوئي وزيادة معدل امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي - وهو الأمر الذي قد يسمح زيادة كبيرة في إنتاج الكتلة النباتية لإنتاج الوقود الحيوي، وفي الوقت نفسه أيضًا تقليل تأثير الاحتباس الحراري
تعليقات 2
إذا لم يكن لديك ما تكتبه، فلا داعي لتضليل الناس بمقدمة حماسية تتناقض مع بقية المقال....
هذا البحث لا يبتكر أي شيء. إنه يثبت فقط ما كان معروفًا سابقًا وهو أن الكائنات الحية تتطور لتعمل بأقصى قدر من الكفاءة في بيئتها. وبالطبع يشمل هذا أيضًا درجة الحرارة - العملية (على الرغم من أنهم لم يكلفوا أنفسهم عناء توضيح ذلك في المقالة) تسمى التطور.
على الرغم مما هو مكتوب في بداية المقال، فإن كل نوع من البكتيريا لديه نطاق درجة الحرارة الذي "يحبه" (هذا مكتوب لاحقًا في المقال) والأنواع المختلفة لها نطاقات مختلفة. ومن الواضح أن الاختلاف سيكون في بنية بروتيناتها.
على وجه التحديد، الأشخاص الذين تم تعريفهم في المقال على أنهم "فاسدون" يعملون في نطاق درجة حرارة واسع نسبيًا لنوع واحد من الكائنات الحية مقارنة بالبكتيريا (لأننا نرضع وننظم درجة حرارة أجسامنا) وإلا فلن يكون هناك أي فائدة في رفع درجة حرارة الجسم كسلاح ضد الأمراض.