مصر: ايهاب محمد زايد
اكتشف العلماء نوعًا من الطحالب البحرية يحتوي على عضية قادرة على حصاد النيتروجين من الغلاف الجوي، وهي القدرة التي كان يُعتقد سابقًا أنها حكر على بعض البكتيريا التكافلية.
ويعتقد الفريق الدولي من الباحثين الذين يقفون وراء هذا الاكتشاف أن موهبة الطحالب نشأت من علاقة تكافلية داخلية، حيث ابتلعت خلية طحالب بحرية أسلافها بكتيريا زرقاء مثبتة للنيتروجين. ثم، في حالة متطرفة من الاعتماد المتبادل، تخلت البكتيريا تمامًا عن كونها كائنًا حيًا خاصًا بها، وتخلصت من العديد من جيناتها وأصبحت معتمدة على الطحالب وحيدة الخلية للحصول على الدعم.
إنه ليس المثال الوحيد للزواج الميكروبي الذي يؤدي إلى تكوين عضو خلوي. نجوم الكيمياء الحيوية مثل البلاستيدات الخضراء (المصانع الصغيرة التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة، والتي بدونها ستكون معظم الحياة على الأرض مستحيلة) والميتوكوندريا (مركز توليد الطاقة في الخلية، والتي تنتج أشكالًا قابلة للاستخدام من الطاقة) بدأت أيضًا كترتيب ميكروبي مشترك.
ومع ذلك، لا نصادف كل يوم نوعًا جديدًا تمامًا من العضيات، والتي أطلق عليها العلماء اسم “nitroplast”. في الواقع، هذا هو المثال الرابع فقط للتعايش الداخلي الأولي الذي تم تسجيله على الإطلاق.
“من النادر جدًا أن تنشأ العضيات من هذه الأنواع من الأشياء”، كما يقول تايلر كول، عالم الأحياء بجامعة سانتا كروز في سانتا كروز، والمؤلف الأول لواحدة من ورقتين بحثيتين حديثتين حول هذه النتائج.
ويقول: “في المرة الأولى التي اعتقدنا فيها أن ذلك قد حدث، أدى ذلك إلى ظهور كل أشكال الحياة المعقدة”، في إشارة إلى أصول الميتوكوندريا. “كل شيء أكثر تعقيدًا من الخلية البكتيرية يدين بوجوده لهذا الحدث.”
ومن ثم، منذ مليار سنة تقريبًا، حدث ذلك مرة أخرى مع البلاستيدات الخضراء، مما منحنا النباتات.
تعد البكتيريا المثبتة للنيتروجين ضرورية لبقاء النباتات في جميع أنحاء العالم. عادة ما يتم العثور عليها تعيش في العقيدات الجذرية، والتي ربما تكون قد لاحظتها إذا كنت قد استخرجت نبات البازلاء أو الفاصوليا في حديقتك. حتى الآن، كان من المفترض أن الشكل الوحيد الذي يمكن أن تتخذه هذه العلاقة هو شكل من أشكال التعايش.
تشكل البكتيريا المثبتة للنيتروجين عقيدات في جذور العديد من النباتات، مثل هذا الفول. تقوم البكتيريا بتحويل النيتروجين الجوي إلى أشكال يمكن للنبات استخدامها لتكوين البروتينات. (نهرينغ / غيتي إيماجز)
تم العثور على البنية المثبتة للنيتروجين في Braarudosphaera bigelowii وأقاربها، وهي الطحالب البحرية الموجودة في جميع أنحاء محيطات العالم مع سجل أحفوري يمتد إلى حوالي 100 مليون سنة.
ومع ذلك، لعقود من الزمن، ناضل الباحثون من أجل استزراع الطحالب في المختبر، لذلك لم يتمكنوا من التأكد مما إذا كان مكون تثبيت النيتروجين، المعروف باسم UCYN-A، عبارة عن بكتيريا تكافلية أو أنها تخلت عن استقلالها لتصبح عضية.
في وقت سابق من هذا العام، في شهر مارس، نشر جوناثان زهر، عالم الأحياء البحرية بجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز ومتعاونون آخرون، ورقة بحثية في مجلة Cell أظهرت أن UCYN-A يمتلك بالفعل السمات المميزة للعضية، بما في ذلك زيادة في الحجم المرتبط بنمو مضيف الطحالب، مما يشير إلى ترتبط عمليات الأيض الخاصة بهم ارتباطًا جوهريًا.
ولكن بمجرد أن يبدأ النقش في “رمي قطع من الحمض النووي”، يوضح زهر، أن التكافل يتحول إلى بيوسيس قديم عادي.
يُظهر التصوير المقطعي بالأشعة السينية اللينة البلاستيدات النيتروجينية (باللون السماوي) في خلية طحالب B. bigelowii وهي تتضاعف وتنقسم كجزء من انقسام الخلايا. (فالنتينا لوكونتي/كوالي وآخرون، العلوم، 2024)
وبما أن الغازي التكافلي يقع خارج نواة الخلية، فإن مادته الوراثية لا يتم تعديلها أثناء التكاثر الجنسي مع الحمض النووي للخلية، مما يحافظ عليها عبر الأجيال.
من ناحية أخرى، فإن أي حمض نووي خارج نواة المضيف يكون أكثر عرضة لخطر التلف، مما يزيد من احتمالات عدم قدرة الضيف التكافلي على العمل كخلية مستقلة.
وهذا ما وجده كول وزهر وزملاؤه في دراستهم اللاحقة: لقد تقلص جينوم UCYN-A كثيرًا لدرجة أنه اعتمد على استيراد البروتينات التي صنعها B. bigelowii.
يقول زهر: “إن جينوماتهم تصبح أصغر فأصغر، ويبدأون في الاعتماد على الخلية الأم لنقل تلك المنتجات الجينية – أو البروتين نفسه – إلى الخلية”.
إن هذه اللحظات التي يندمج فيها كائنان حيان منفصلان تعطل المفاهيم الخطية للتطور، وتذكرنا بأنه حتى على أبسط المستويات، فإن الحياة أكثر مرونة ــ وأكثر ترابطا ــ مما نميل إلى إدراكه.
لكن العلماء يعتقدون أن هذا الاكتشاف قد يكون له آثار مهمة على الزراعة وعلوم البحار أيضًا. تم العثور على سلالات مختلفة من UCYN-A في جميع أنحاء محيطات العالم، من المناطق الاستوائية إلى القطب الشمالي، لذلك من المحتمل أن تكون النيتروبلاست مساهمًا رئيسيًا في إنتاج بروتين المحيط.
تم نشر هذا البحث في مجلة Science and Cell.