الطاقة والبيئة - التحلل البيولوجي

مهمة التنظيف بعد التسرب النفطي في خليج المكسيك ستقع على عاتق البكتيريا

بقلم ديفيد بايلو

لا يمكن للمضخات والمكانس وعشرات الكيلومترات من العوامات أن تتنافس مع البكتيريا والكائنات الحية المجهرية الأخرى عندما يتعلق الأمر بإزالة النفط. إن الكائنات الحية المجهرية التي تعيش بشكل طبيعي في خليج المكسيك هي وسيلة الدفاع الحقيقية الوحيدة ضد التسرب النفطي من منصة الحفر Deepwater Horizon. وبينما يدرس العلماء كيفية تنظيف البكتيريا للقذارة، فإنهم يخشون أيضًا أن هؤلاء المنقذين قد يخنقون الحياة البحرية في الخليج.

قد تكون حقيقة أن البكتيريا الموجودة في الطبيعة أكثر فعالية من جهود التنظيف التي يقوم بها الإنسان بمثابة مفاجأة بعد عقود من محاولة الباحثين إنشاء بكتيريا خارقة تلتهم النفط باستخدام أساليب الهندسة الوراثية. وفي الواقع، فإن أول براءة اختراع مسجلة لكائن معدل وراثيا كانت لبكتيريا تتغذى على الهيدروكربونات. لكن هذه البكتيريا "غير فعالة إلى حد كبير"، كما يقول جاي غرايمز، عالم الأحياء الدقيقة البحرية في جامعة جنوب المسيسيبي.

البكتيريا المهندسة وراثيا ليست على مستوى هذه المهمة جزئيا لأنه لا يوجد مخلوق واحد، بغض النظر عن مدى ترقيته، يمكنه التنافس مع قوة مجتمع كامل من المخلوقات المختلفة، كل منها لديه تخصص محدد في استهلاك الهيدروكربونات. يقول رونالد إم أطلس، عالم الأحياء الدقيقة في جامعة لويزفيل: «في كل محيط ندرسه، من القطب الجنوبي إلى المحيط المتجمد الشمالي، نجد بكتيريا مفككة للزيت». قام أطلس باختبار وتقييم، من بين أمور أخرى، قدرة البكتيريا المهندسة على تنظيف التسرب النفطي من ناقلة إكسون فالديز. "النفط الخام عبارة عن خليط معقد من آلاف المركبات، والمجتمعات التي تتغذى عليه معقدة أيضًا. تفشل الجراثيم الخارقة لأنها تتنافس مع هذه المجتمعات المتكيفة بيئيًا بشكل جيد.

وإذا كنت لا تستطيع التغلب عليهم، فلماذا لا تستفيد منهم؟ ومن الناحية النظرية، يمكن تحفيز هذه المخلوقات على العمل بجهد أكبر باستخدام الأسمدة، مثل الحديد والنيتروجين والفوسفور. وفي الواقع، أدى هذا النهج إلى تسريع النشاط البكتيري في التربة على طول ساحل ألاسكا بعد كارثة فالديز. يتذكر أطلس قائلاً: "لقد شهدنا زيادة بمقدار ثلاثة إلى خمسة أضعاف في معدل التحلل البيولوجي".

لكن يبدو أن استخدام هذه الطريقة في خليج المكسيك لن يجدي نفعًا. "كيف يمكننا التأكد من بقاء الأسمدة مع النفط الموجود في المحيط؟" يسأل عالم الأحياء الدقيقة البيئي كينيث لي، مدير مركز أبحاث النفط والغاز والطاقة البحرية في إدارة مصايد الأسماك والمحيطات التابعة للحكومة الكندية. ويقول: "لا نرى نشاط ترميم بيولوجي في وسط البحر". وحتى التسميد على طول الساحل يمثل مشكلة. حاول لي زراعة الأراضي الرطبة المشبعة بالنفط في نوفا سكوتيا، لكن إمدادات الأكسجين فيها منخفضة للغاية بحيث لا تسمح بزيادة النشاط البكتيري. "لم تسير الأمور على ما يرام. وبدلاً من ذلك حققنا التجوية وتآكل التربة على نطاق واسع".

ربما تكون المواد الكيميائية التي تحلل بقعة الزيت إلى قطرات صغيرة، مثل المستحلب، هي الطريقة الوحيدة لتسريع النشاط البكتيري في الخليج. يقول لي، الذي أجرى قياسات لحجم قطرة الزيت لتحديد فعالية المواد الكيميائية المشتتة: "عندما يتم تشتيت الزيت في قطرات صغيرة جدًا، يكون التحلل البكتيري أسرع بكثير".

لكن استهلاك البكتيريا للزيت يكون مرتفعًا فقط بالقرب من مساحة سطح الماء الدافئ. يقول عالم الكيمياء الحيوية ديفيد فالنتين من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، الذي يدرس استجابة البكتيريا في الخليج للتسرب النفطي: "تتباطأ عملية التمثيل الغذائي بنحو مرتين أو ثلاث مرات لكل انخفاض في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية". ويقول: "إن تحلل النفط في أعماق البحر سيكون بطيئا للغاية بسبب درجة الحرارة المنخفضة هذه".

ولسوء الحظ، هذا هو بالضبط المكان الذي ينتهي فيه بعض النفط الخام الذي تسرب من منصة الحفر. وقد شاهد الباحثون النفط "على عمق يتراوح بين 800 و1,400 متر"، كما يقول عالم الأحياء الدقيقة البيئية أندرياس بي. تيسكي من جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل. كان طالبه البحثي، لوك ماكاي، على متن سفينة الأبحاث بيليكان التي أبلغت لأول مرة عن هذه السحب النفطية تحت الماء. وفي الأعماق، يعد النشاط البكتيري هو العملية الوحيدة لتكسير الزيت. (على السطح، تساعد العمليات الفيزيائية مثل التبخر وحركة الأمواج على إزالة الزيت من الماء).

ولكن هناك أيضا جانب مظلم لنشاط البكتيريا التي تلتهم كميات كبيرة من النفط مثل تلك التي تسربت في خليج المكسيك. عندما تقوم بتكسير الزيت، فإنها تستهلك الأكسجين المذاب في الماء، وهو إجراء يمكن أن يؤدي إلى اختناق الكائنات الهوائية التي تحتاج إلى الأكسجين. أظهرت قياسات تركيز الأكسجين في مياه البحر في خليج المكسيك انخفاضًا يصل إلى 30% في الأسابيع التي تلت التسرب. ورغم أن هذا الانخفاض في المستوى ليس له أي تأثير تقريبا على الكائنات البحرية المتنقلة، إلا أن العلماء يخشون من تأثير نقص الأكسجين في العمق، في المناطق التي لا يكاد يختلط فيها الماء بالمياه السطحية الغنية بالأكسجين. وهذه أخبار سيئة سواء بالنسبة لاستمرار التحلل السريع للنفط أو بالنسبة لسلامة المرجان والمخلوقات الأخرى الراسية في القاع. وحتى الآن، كانت جثث خياريات البحر الميت تطفو من القاع، مما قد يشير إلى ظهور منطقة ميتة وأيضًا إلى التأثير السام للنفط نفسه.

لفهم كيفية قيام البكتيريا بعملها وإلى متى، من الضروري معرفة كمية النفط الخام الموجودة في البحر. جوي من جامعة جورجيا، تقول إن مثل هذا التقدير "يعتمد على حجم (التسرب)، ونحن لا نعرف حجمه". "لا يمكننا إجراء أي نوع من الحسابات بشأن استهلاك الأكسجين المحتمل أو أي شيء آخر." وبمرور الوقت، قفز تقدير التسرب من 1,000 برميل من النفط يومياً، في البداية، إلى 60,000 ألف برميل يومياً في منتصف يونيو/حزيران 2010.

وفي كلتا الحالتين، سيبقى هذا النفط موجودًا لفترة طويلة. يوضح أطلس أن الكائنات المجهرية تقوم بتفكيك الهيدروكربونات "على مدى أسابيع إلى أشهر إلى سنوات". توفر الطبيعة حلاً، ولكنه بطيء.