تؤدي الميكروبات الجوفية في البحر خدعة كيميائية حيوية قديمة في الحرارة المغلية
تم اكتشاف بكتيريا مقاومة للحرارة، قادرة على إنتاج النيتروجين غير المستقر عند درجة حرارة قصوى تبلغ 92 درجة مئوية، وبذلك تحطم الرقم القياسي السابق البالغ 28 درجة مئوية!
إن هذا الاكتشاف هو أكثر بكثير من مجرد رقم قياسي مفاجئ. وقد يساعد أيضًا في حل الجدل العلمي المستمر حول كيفية تطور القدرة على استخدام النيتروجين من الهواء أو مياه البحر، وقد يساعد الكيميائيين على محاكاة هذه العملية بشكل أفضل للأغراض الصناعية.
يحتاج كل كائن حي إلى النيتروجين، ليس فقط لأن ذرات النيتروجين جزء من جزيء الحمض النووي. ومع ذلك، فإن معظم النيتروجين الموجود في الهواء يرتبط بإحكام في أزواج من الذرات على شكل N2. فقط مجموعات معينة من الميكروبات هي القادرة على تحرير ذرات النيتروجين من الرابطة القوية لـ N2، واستخدامها في الخلية. وتسمى هذه العملية تثبيت النيتروجين.
متى تطورت هذه القدرة الفريدة؟ تقول إحدى النظريات أن الإنزيم الذي يمكّن من تثبيت النيتروجين، وهو النيتروجيناز، تطور مرة واحدة فقط، منذ زمن طويل جدًا. لقد انفصلت جميع البكتيريا القادرة على تثبيت النيتروجين تطوريًا عن نفس البكتيريا السلفية التي تطور فيها إنزيم النيتروجيناز. وترى نظرية أخرى أن البكتيريا القديمة استخدمت النيتروجين الأسهل للحصول عليه، وهو النيتروجين من الأمونيا، والذي ربما كان متوفرًا بكثرة في ذلك الوقت. ولم تكن القدرة على تثبيت النيتروجين ضرورية في ذلك الوقت وتطورت لاحقًا وانتقلت أفقيًا بين الأنواع المختلفة.
قام موسامي ميهتا وجون بروس، وكلاهما من جامعة واشنطن في سياتل، بحفر فتحة مائية حرارية في قاع المحيط الهادئ، وبحثا عن مثبتات النيتروجين هناك. تعد هذه النقاط الساخنة الغنية بالمعادن واحدة من أبرز المتنافسين على الأماكن التي بدأت فيها الحياة لأول مرة.
في الواقع، في الفتحة الحرارية المائية التي تم اختبارها، يوجد داخل "الحساء الغني والساخن" مثبت للنيتروجين. من المحتمل أن يكون هذا كائنًا حيًا تقع بيئته الطبيعية على عمق 100 متر تحت قاع البحر، في عالم خالٍ من الأكسجين، بالقرب من جيوب الصهارة. تدعم هذه النتائج النظرية القائلة بأن خدعة تثبيت النيتروجين تطورت في وقت مبكر جدًا من التطور.
يقول جوناثان زهار، الذي يعمل على تثبيت النيتروجين البحري في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، إن هذا الاكتشاف مهم، لكنه يعتقد أن الإجابة النهائية على تطور الإنزيم تكمن "في مكان ما في الوسط". ربما تكون القدرة على تثبيت النيتروجين قد تطورت مرة واحدة منذ وقت طويل جدًا لدى الأنواع التي فقدت هذه القدرة لاحقًا واستعادتها لاحقًا من خلال النقل الجانبي (الأفقي) من نوع إلى آخر.
يمكن أن يكون للنتائج أيضًا آثار تجارية. وبما أن النيتروجين مهم جدًا للكائنات الحية النامية، يتم الآن إنتاج كميات كبيرة منه في الصناعة كيميائيًا لاستخدامه كسماد. إذا تمكنا من فهم كيفية تثبيت النيتروجين البيولوجي بواسطة البكتيريا المختلفة بشكل أفضل، فقد نتمكن في المستقبل من تطوير طرق جديدة، تقنيات حيوية، لإنتاج النيتروجين في المختبر أو في الصناعة.
"عندما تأخذ في الاعتبار أهمية تثبيت النيتروجين في الزراعة العالمية والاستخدام الإبداعي للكائنات الحية الجديدة من قبل صناعة التكنولوجيا الحيوية، فإن النيتروجين المقاوم للحرارة هو اكتشاف من المرجح أن يكون له العديد من الاستخدامات الصناعية المفيدة"، كتب دوغلاس كابوني في مقال مصاحب له. مقال لنشر نتائج البحث.
