الحفاظ على التيار... هل تتواصل المستعمرات البكتيرية الموجودة على مساحة سطح قاع البحر كهربائيًا مع المستعمرات الشقيقة الموجودة أسفل مساحة سطح قاع البحر؟
في أعماق قاع البحر، تتصل المستعمرات البكتيرية ببعضها البعض من خلال بنى تحتية كهربائية مجهرية يمكن أن تكون موضع حسد أي بلدة صغيرة. لا يزال الكثير غير معروف حول هذه العملية، ولكن إذا تم تأكيد النتائج الحالية، فإنها ستحدث ثورة في فهم العلماء لكيفية عمل أصغر النظم البيئية.
تواجه البكتيريا التي تتنفس الأكسجين والتي تعيش في قاع البحر مشكلة. أولئك الذين يجلسون على الأرض لديهم إمكانية الوصول المباشر إلى الأكسجين الموجود في الماء ولكن ليس لديهم العناصر الغذائية المعدنية الأساسية، والتي تكون بعيدة عن متناولهم على بعد حوالي بوصة تحت الأرض. وفي الوقت نفسه، فإن الميكروبات التي تعيش في رواسب التربة يمكن الحصول عليها من العناصر الغذائية، ولكنها تفتقر إلى الأكسجين. كيف تعيش هاتان المجموعتان؟
وخلص عالم البيئة الميكروبية لارس بيتر نيلسن، من جامعة إيروس في الدنمارك، إلى أن البكتيريا السطحية والبكتيريا الموجودة تحت السطح تتبادل بطريقة ما الأكسجين والمواد المغذية مع بعضها البعض. ولمعرفة كيفية القيام بذلك، قام هو وزملاؤه بحفر بعض الطين من قاع الرواسب، على عمق 20 مترا، في خليج إيروس ومصادر المياه الأخرى القريبة من الجامعة وأحضروها إلى زائر المختبر.
بعد ذلك، فعل العلماء شيئًا كانوا يعلمون أنه سيسبب ضائقة للبكتيريا، حيث بدأوا بإزالة الأكسجين من الماء. إذا قامت البكتيريا بتبادل المواد فيما بينها، كما توقع نيلسن، فإن أولئك الذين يعيشون تحت سطح الطين سوف يلاحظون تدريجيا انخفاض إمدادات الأكسجين لديهم؛ وسوف يسجلون التغيرات الكيميائية في الرواسب التي يمكن تتبعها باستخدام أجهزة الاستشعار. ولكن بدلاً من السلوك المتوقع، شهد نيلسن وزملاؤه تغيراً أسرع بكثير. بمجرد أن بدأ العلماء في تقليل الأكسجين، توقفت البكتيريا الموجودة تحت السطح عن استهلاك كبريتيد الهيدروجين من الطين. علاوة على ذلك، كان هذا التوقف في النشاط الأيضي علامة على أن البكتيريا الموجودة في الوحل أدركت على الفور تقريبًا أن شيئًا ما في البيئة الأعلى منها بكثير قد تغير. كما لاحظ الباحثون حدوث تغيرات سريعة جدًا في درجة حموضة الماء في بيكار.
يقول نيلسن إن هذه التفاعلات حدثت بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يمكنها استيعاب أي تغيرات كيميائية أو عمليات جزيئية مثل التناضح. والاحتمال الأكثر ترجيحًا، كما ذكر هو وفريقه في عدد فبراير من مجلة Nature، هو أن البكتيريا تتواصل كهربائيًا مع بعضها البعض، عن طريق نقل الإلكترونات ذهابًا وإيابًا. كيف بالضبط يفعلون ذلك؟ لم يتضح الأمر بعد، لكن نيلسن يفترض أن الكائنات الحية كلها متصلة ببعضها البعض من خلال شبكة إلكترونية مجهرية، ربما تكون مصنوعة من حبيبات معدنية، مثل الحديد والمنغنيز، الموجودة في الرواسب البحرية.
إذا تبين أن الفكرة السلكية صحيحة، فإنها ستحول المجتمع البكتيري إلى شبكة كهربائية متقاطعة بين الرواسب والرواسب - شبكة تمتد على مدى 20 كيلومترًا إذا غيرنا المقياس إلى الإنسان. فبدلاً من تلقي الأكسجين من السطح وتحويله إلى طاقة - وهو أمر يقول الباحثون إنه غير ممكن نظراً لسمك الرواسب الموحلة - تتلقى البكتيريا الموجودة في الرواسب الطاقة ببساطة من إلكترونات الشبكة. واستجابة لذلك، يمكنهم البقاء على قيد الحياة أثناء غمرهم بالمياه والاستمرار في إرسال العناصر الغذائية مرة أخرى إلى زملائهم من مزودي الطاقة، من خلال الحركة الكيميائية.
ومع ذلك، يقول نيلسن، إن اللغز لم يتم حله بالكامل، وهناك الكثير مخفي حول الطريقة التي تعمل بها الشبكة الكهربائية. "مما تتكون الأسلاك الكهربائية؟" سأل. "كيف تتصل بالخلايا ومع بعضها البعض؟ وكيف يتم بناؤها؟"
ويوافق عالم الأحياء الجيولوجية كينت نيلسون من جامعة جنوب كاليفورنيا في لوس أنجلوس على أن النتائج الجديدة "تقع ضمن فئة التفسيرات الأخرى غير الكيمياء التي يجب أن يكون هناك". والإثارة الآن تكمن في إيجاد الآليات الأخرى لحركة الإلكترونات".
تعليقات 4
ناحوم،
لا أعتقد أن هناك حاجة للمعادن لنقل الإلكترونات.
هناك عدد لا يحصى من التفاعلات الكيميائية التي تسمح بانتقال الإلكترونات من مكان إلى آخر ديناميكيًا حراريًا، وليس المعدن هو الوسيط الوحيد الذي يعرف كيفية القيام بذلك. بشكل عام، يبدو أن كل ما هو مطلوب هو فرق محتمل (الأكسدة والاختزال) الموجود بالفعل في هذه البيئات. علاوة على ذلك - ليس من الممكن بالفعل إنشاء بيئة خالية من المعادن ويكون فيها تنوع الحياة المعني هو أن جميع الحيوانات تقريبًا (إن لم يكن كلها على الإطلاق) تحتاج إلى معادن لتلبية احتياجاتها البيوكيميائية المختلفة، وبالتالي إذا قمت بإنشاء معدن- الوسط الحر - ببساطة لن تحصل على التجمعات الموجودة في الطبيعة وربما لن تحصل على أي تجمعات على الإطلاق (إذا كان لا يزال يتم الحصول على التجمعات، فإن الوسط لم يكن خاليًا حقًا من المعادن).
בברכה،
عامي بشار
ويحدث هذا بعد ملايين السنين من التطور التدريجي المصحوب بالانتقاء الطبيعي ():
نعم بالتأكيد…
ليس من الواضح بالنسبة لي كيف توصل إلى استنتاج مفاده أن الإلكترونات تتواصل
ربما يخلقون نوعًا من الرنين في الماء، وما إلى ذلك. هناك العديد من أشكال التعلق
بالمناسبة، يمكنك ببساطة إنشاء طبقة لا تحتوي على معادن ومعرفة ما إذا كانت لا تزال قادرة على التواصل
أبعد من ذلك، لماذا لا يمكن أن يكون هناك أي اتصال على الإطلاق وتكون البكتيريا ببساطة حساسة للغاية للتغير الكيميائي؟
شكرًا لك
بحث مثير للاهتمام
نعم، كانت هذه المقالة مثيرة للاهتمام حقًا. في المقالة هنا على الموقع، يتم استخدام كلمة التناضح - ويجب تصحيحها للانتشار. علاوة على ذلك، فإن العمليات المسجلة لا توفر آلية. يجب زيادة القرارات ويجب اختبار عدة طرق للتحقق من النتيجة.
ومن المعروف أن التدرج الكهربائي للأكسدة والاختزال موجود بشكل طبيعي في طبقة من البكتيريا. بالطبع هناك تدرج للأكسجين يتلاشى بسرعة كبيرة (في الظلام) ومن ناحية أخرى تدرج لكبريتيد الهيدروجين الذي يأتي من الأسفل ويتلاشى أو حتى يصل في بعض الأحيان إلى السطح. ومن القياسات الإضافية التي أجريتها، رأيت أيضًا تدرجًا للمواد الأخرى مثل الهيدروجين والكربونات والكالسيوم وبالطبع الرقم الهيدروجيني. هذه البيئة معقدة للغاية وخاصة، وسيكون من المفيد بالتأكيد إثبات وجود اتصال كهربائي مباشر بين الخلايا (وليس مجرد تدرج الأكسدة والاختزال).
تحيات أصدقاء،
عامي بشار