الأزرق الكبير

مثل المستكشفين، رفع علماء معهد وايزمان المرساة، وانطلقوا إلى البحر للبحث عن رؤى جديدة حول الإنسان ومكانته في النظام البيئي العالمي

على سطح السفينة المتأرجح، في الليل، عندما يخترق رذاذ الأمواج المصطدمة بجانب السفينة العيون، على بعد آلاف الكيلومترات من أقرب شاطئ، من الممكن أن نفهم أن كل المخلوقات على الأرض، من الطحالب المجهرية بالنسبة للبشر، نحن جميعا في نفس القارب. انطلق مؤخرًا 30 عالمًا من خمس مجموعات بحثية، بالإضافة إلى نفس العدد من البحارة وأفراد الطاقم، في رحلة لتتبع دورات الحياة الغامضة لتريليونات المخلوقات الصغيرة وحيدة الخلية الشبيهة بالنباتات التي تطفو في مياه البحر. هذه هي الكائنات التي تسمى العوالق النباتية، والتي تقوم عليها الشبكة الغذائية البحرية: فبدون العوالق النباتية لن تكون هناك حياة في المحيطات، ولن يكون هناك أكسجين في الهواء.

اتجهت سفينة الأبحاث التي غادرت بونتا ديلجادا في جزر الأزور شمالًا، و"قطعت" المحيط الأطلسي بطولها، وصولاً إلى ريكيافيك في أيسلندا. وكان من بين العلماء الذين كانوا على متن الطائرة الدكتور عساف فاردي، وعدد من أعضاء مجموعته في قسم علوم النبات في معهد وايزمان للعلوم. بمعنى ما، كانت الرحلة، التي كان الهدف منها فحص نظام العلاقات المتبادلة بين العوالق النباتية والبيئة البحرية والغلاف الجوي، تجربة معقدة أيضًا على البشر. الدكتور فيردي: "خذ بضع عشرات من الأشخاص من عدة دول، وضعهم في منطقة صغيرة متمايلة ومحددة جيدًا في قلب المحيط، وأضف التوتر والفضول العلمي، والدافع لتحقيق النجاح. على ماذا حصلت؟".

وفي بعض الأحيان، ولأسباب غير معروفة، تتكاثر كائنات العوالق النباتية بسرعة. ونتيجة لذلك، تتشكل أزهار الطحالب. تغطي مئات وآلاف الكيلومترات المرئية من الأقمار الصناعية في الفضاء. ولكن بعد ذلك يحدث انهيار مؤقت يؤدي إلى اختفاء الطفح الجلدي. تلعب العوالق النباتية دورًا مركزيًا في إنتاج الأكسجين في العالم، وتمتص كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، كما أن ازدهارها يعادل عمل الغابة المطيرة. ومن خلال القيام بذلك، فإنه "يستخرج" ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ويقلل من معدل ظاهرة الاحتباس الحراري، ويوفر كمية هائلة من الغذاء لنسيج الحياة بأكمله في البحر.

بين الطحالب والبشر

اكتشف الدكتور فيردي وشركاؤه البحثيون سابقًا أن بعض الفيروسات هي المسؤولة عن انهيار أزهار الطحالب. اتضح أنه عندما تهاجم الفيروسات العوالق النباتية، فإنها تجلب معها جينات تجبر الكائنات البحرية على إنتاج إنزيمات في أجسامها تقوم بتكوين جزيئات دهنية (سفينجوليبيدات)، تشبه إلى حد كبير تلك التي تسبب أمراضًا مختلفة للإنسان. دكتور فاردي: "من المثير للاهتمام أن نرى مدى الحفاظ على آليات الإنتاج هذه في التطور، ووجودها في مثل هذا التنوع الكبير من المخلوقات."

الدكتور فيردي والدكتورة فريدا مع الغنائم اليومية
اكتشف الدكتور فيردي دليلاً على وجود آلية خلوية تعمل في العوالق النباتية، والتي تؤدي استجابة لتراكم الشحميات السفينجولية إلى الموت المبرمج للخلايا (موت الخلايا المبرمج). يحدث موت الخلايا المبرمج في جميع أنواع الكائنات متعددة الخلايا: الخلايا التالفة أو القديمة تقتل نفسها، حتى يتمكن الكائن الحي بأكمله من الاستمرار في العيش. ولكن لماذا يقوم كائن حي وحيد الخلية - مثل العوالق النباتية - بقتل نفسه؟ وما هي الأهمية البيئية لمثل هذا الانتحار؟ كيف يتم التواصل بين الخلايا؟ وما هي آليات المقاومة التي تسمح لبعضها بالبقاء على قيد الحياة؟ هذه بعض الأسئلة التي سعى العلماء على متن سفينة الأبحاث إلى الإجابة عنها.

في الواقع، اتضح أن الخلايا ليست متحمسة جدًا لفكرة الانتحار، وتحاول محاربة الفيروس الغازي. هكذا تتكشف الدراما الحقيقية: سباق تسلح كيميائي تطوري، يتضمن الحيل ومحاولات الهجوم والدفاع والمراوغة والكبح، كل ذلك على المستوى الجزيئي، داخل خلايا العوالق النباتية. ولهذه العمليات تأثير حاسم في تحديد المسارات الحيوية والجيوكيميائية والمناخية. إن حقيقة أن هذه الجينات والمسارات البيوكيميائية محفوظة جيدًا في التطور تسمح للعلماء بالتعلم منها حول العمليات الموازية في الأنظمة البيولوجية الأخرى. ولذلك فإن الفهم العميق لهذه العمليات والتعرف على مواد طبيعية جديدة من البيئة البحرية قد يساعد في تطوير طرق لمنع تغلغل الفيروسات في الخلايا المختلفة، بما في ذلك تغلغل الفيروسات المسببة للأمراض في الخلايا البشرية. قد يساعد الفهم الأفضل لعمليات موت الخلايا في تطوير طرق للتسبب عمدًا في مثل هذا الموت "المبرمج"، على سبيل المثال، في الخلايا السرطانية.

رحلة إلى الزهرة

وقام العلماء الموجودون على متن سفينة الأبحاث بجمع عينات من المياه على أعماق مختلفة. قمنا باختبار هذه العينات في المختبرات المثبتة على متن الطائرة. دكتور فاردي: بحثنا لمدة أسبوعين ولم نعثر على طفح جلدي. ثم وجدنا ذلك في إحدى العينات. لقد كانت لحظة لا تُنسى، شعورًا بالرفاهية من ناحية، وبدء الجهود البحثية التي جعلتنا نعمل 20 ساعة يوميًا، من ناحية أخرى.

أدى التعاون الفريد الذي تم بين مجموعة بحث الدكتور فيردي ومجموعة بحث البروفيسور إيلان كورين من قسم العلوم البيئية وأبحاث الطاقة في معهد وايزمان، إلى فحص موازٍ لعمليات التغذية الراجعة بين الأنظمة البيولوجية البحرية (بشكل رئيسي خلال مرحلة الإزهار) مع الغلاف الجوي والهباء الجوي الذي يحمله، والتأثير على تكوين السحب. تؤثر حلقة التغذية الراجعة الممتدة هذه على التغيرات المناخية، وقد يؤدي فهمها إلى حل العديد من الألغاز في هذا المجال.

"في الواقع،" يقول الدكتور فاردي، "كانت هذه أول محاولة من نوعها لرصد العمليات التي تحدث داخل الخلية في وقت واحد، من خلال العمليات الخلوية، وحتى سلوك مجموعات الخلايا المنتشرة على مدى آلاف الكيلومترات. كان العمل البحثي على مسافة صغيرة من سطح البحر، برفقة الحيتان التي ترافقنا، تجربة فريدة من نوعها. كل يوم شهدنا غروبًا جديدًا مختلفًا عن السابق. وبعد ذلك، عندما كنا قريبين من الدائرة القطبية الشمالية، جاءت الليالي البيضاء. هذه أشياء لن ينساها أحد منا أبدًا".

وفي الوقت نفسه، في مختبر معهد وايزمان للعلوم، يتم تخزين آلاف العينات، وقد بدأ العلماء بالفعل سلسلة من التجارب المصممة لاكتشاف المزيد عن آليات الحياة، وحلقات التغذية المرتدة البيئية، وللحصول على مزيد من الأفكار بشأن "الروابط العائلية" والعلاقات المتبادلة بين الكائنات وحيدة الخلية والدورات الطبيعية العالمية.