بقاء القلة

وقد أظهر علماء معهد وايزمان أن خلايا الطحالب تتفاعل بطرق مختلفة مع مواقف الإجهاد المتطابقة، وبالتالي "توزيع المخاطر" وضمان بقاء جزء من السكان واستمرارية النوع بأكمله

تعد التغيرات التي تحدث في الطحالب وحيدة الخلية في المحيط من بين أكثر التغيرات دراماتيكية على وجه الأرض، حيث تنهار الأزهار الضخمة التي تغطي عدة كيلومترات في غضون أسابيع دون أن تترك أي أثر. عندما تزدهر هذه الطحالب، التي تسمى العوالق النباتية، توفر حوالي 50% من الأكسجين في عالمنا، ولها تأثير حاسم على دورة الكربون في المحيط، وهي أساس السلسلة الغذائية البحرية بأكملها. ومع ذلك، بقدر أهمية هذه الحيوانات، فإن عظمة "الأخطار" الكامنة على أبوابها - بدءًا من نقص الطعام، مرورًا بمختلف الحيوانات المفترسة وحتى البكتيريا والفيروسات. وعندما تنهار الأزهار، نتيجة لهذه المخاطر، تموت معظم خلايا الطحالب، لكن القليل منها يتمكن من البقاء على قيد الحياة وتكوين أزهار جديدة.

يقول البروفيسور عساف فاردي، من قسم علوم النبات والبيئة في معهد وايزمان للعلوم: "هذا النمط الجماعي من الأزهار الضخمة التي تختفي بسرعة هو نتيجة لقرارات فردية لا حصر لها من تريليونات الخلايا الفردية". "في مختبري، التحدي الذي يواجهنا هو فهم كيفية تأثير القرارات المتخذة على مستوى الخلية الفردية، مع مرور الوقت، على العمليات التي تحدث على المستوى العالمي." ومن أجل فهم سبب موت خلايا معينة، بينما تبقى خلايا أخرى على قيد الحياة، طور فريق البروفيسور فيردي أساليب تجريبية جديدة تسمح بمراقبة الخلايا الحية تحت المجهر لمدة 24 ساعة، وتعريضها لبيئة خاضعة للرقابة يتم فيها إدخال الضغوطات المختلفة.

في التجربة الحالية اختار الباحثون، بقيادة آبيا مزراحي، فحص نوع من الطحالب يُدعى P. tricornutum، والذي ينتمي إلى فئة الدياتومات، حيث توجد بالفعل مجموعة أدوات وراثية تسمح بدراسة التكيف الفريد لهذا النوع مع ظروف الإجهاد. وركز الباحثون على قياس كمية مركبات الأكسجين النشطة (ROS) - وهي الجذور الحرة التي قد تساعد الخلية على التكيف والبقاء على قيد الحياة، ولكن بتركيزات عالية قد تؤدي إلى موتها. عندما قام الباحثون بتعريض الخلايا لمستويات معتدلة من مركبات الأكسجين، انقسم السكان إلى مجموعتين: الخلايا الحساسة، والتي استجابة للتعرض ذهبت إلى طريق موت الخلايا، والخلايا التي كانت مقاومة وتمكنت من البقاء على قيد الحياة. لم يكن مصدر الاختلاف هو الاختلافات الجينية، حيث تم التعبير عن الاستجابتين المختلفتين للتعرض حتى في الخلايا المتطابقة وراثيا.

لفهم مصدر الاختلافات في التفاعلات، تحول الباحثون إلى التركيز الرئيسي لإنتاج مركبات الأكسجين في الطحالب: عضيات تسمى البلاستيدات الخضراء التي تنتج مركبات الأكسجين كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي. وافترض الباحثون أن البلاستيدات الخضراء لا تعمل فقط كمورد للطاقة لخلايا التسريع، ولكنها تشارك أيضًا في آليات صنع القرار في الخلية. لقد حقنوا في البلاستيدات الخضراء وعضيات الخلايا الأخرى جينًا مراسلًا يتوهج بألوان فسفورية اعتمادًا على تركيز مركبات الأكسجين، وقاموا بتعريض الطحالب للظروف العصيبة السائدة في منطقة سطح البحر - وهي منطقة معروفة بأنها تحفز زيادة إنتاج الجذور الحرة.

واكتشف الباحثون أنه في ظل ظروف الإضاءة القوية، تراكمت بعض خلايا الطحالب مركبات الأكسجين في البلاستيدات الخضراء وماتت، بينما تمكنت خلايا أخرى من البقاء على قيد الحياة. ومع ذلك، في ظل الظروف المظلمة، أصبحت جميع الخلايا حساسة وماتت، حتى عند تعرضها لمستويات منخفضة من المركبات. أي أن الاستجابات المختلفة وفرص البقاء تعتمد على الضوء الذي تتعرض له الخلايا. "تحتاج الطحالب إلى ضوء الشمس للبقاء على قيد الحياة، ولكن الكثير منه يمكن أن يضرها. من ناحية أخرى، بدون ضوء، تصبح الطحالب حساسة للغاية لظروف الإجهاد الأخرى. ومن الممكن أن تكون للخلايا العائمة في مياه أعمق قليلاً - وبالتالي تتعرض لضوء أضعف - فرصة أفضل للبقاء على قيد الحياة. سيكون معدل نموها أبطأ بالفعل، لكن معدل إنتاج مركبات الأكسجين في البلاستيدات الخضراء سيكون أيضًا أبطأ".

يواصل الباحثون التحقيق في العوامل التي تسمح للخلية بالبقاء على قيد الحياة (أو تملي موتها)، وأي البرامج الجينية تتوسط هذه القرارات في كل خلية. ومن الواضح أن التعرض للضوء هو أحد هذه العوامل؛ قد تشمل العوامل الأخرى عملية التمثيل الغذائي للخلية، أو تاريخها، أو الإشارات الخارجية، أو الجوانب البيئية الأخرى. "لقد تطورت تفسيرات مختلفة لنفس الرسائل، على ما يبدو، كوسيلة لـ"تبديد المخاطر"،" يشرح مزراحي والبروفيسور فيردي. "وبهذه الطريقة، في كل سيناريو، ستنجو نسبة صغيرة من الخلايا على الأقل، وسيسمح بقاء القلة للأنواع بأكملها بالاستمرار في الوجود."

في الفيديو: عمليات الأكسدة في خلايا التسارع بعد التعرض لمركبات الأكسجين النشطة. أتاحت هذه التفاعلات للعلماء معرفة الخلايا التي ستموت وأيها ستعيش قبل 24 ساعة

تثبت الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي في المحيطات ما بين 50 إلى 40 جيجا طن من الكربون سنويًا - أي حوالي 50% من إجمالي تثبيت الكربون على الأرض.

للمادة العلمية