كيف أعيدت ميكروبات يبلغ عمرها 100 مليون عام إلى الحياة؟

هذه هي القصة الغريبة لكيفية ذهاب العلماء إلى أعماق وأعمق أعماق المحيط ، وحفروا 250 قدمًا في الرواسب ، وجمعوا مجتمعًا قديمًا من الميكروبات ، وأعادوهم إلى المختبر ، وأعادوا إحياءهم. وسوف تفكر: لماذا ، في عام 2020 الرهيب بالفعل ، سيغرين القدر مثل هذا؟ حسنًا ، اتضح أنه ليس كل شيء على ما يرام فحسب ، بل أن كل شيء في الواقع ممتاز جدًا جدًا – على الأقل بعيدًا عن الإنسانية في أعماق البحار في محيطات العالم.

تبدأ هذه القصة قبل أكثر من 100 مليون سنة في منتصف ما نسميه نحن البشر الآن المحيط الهادئ. شكلت الصخور البركانية “قبوًا” صلبًا لقاع البحر ، كما يسميه الجيولوجيون. فوق هذا ، بدأت الرواسب تتراكم. ولكن ليس نوع الرواسب الذي قد تتوقعه.

في أماكن أخرى في محيطات العالم ، تكون معظم رواسب قاع البحر من المواد العضوية. تموت الحيوانات النافقة ، من أصغر العوالق إلى أكبر الحيتان ، وتشكل الوحل الذي يحوم الزبالون ويخرجون. تعد السواحل الغربية للأمريكتين مثالًا كلاسيكيًا: تجلب التيارات المتدفقة المغذيات من الأعماق ، والتي تغذي جميع أنواع الكائنات الحية بالقرب من السطح ، والتي بدورها تطعم الحيوانات الكبيرة ، وعلى السلسلة الغذائية.

كل شيء يموت في النهاية وينجرف إلى الأسفل ، حيث تصبح المخلفات طعامًا لمخلوقات القاع. البحار مليئة بالحياة ، فهي غامضة تمامًا. (فكر ، على سبيل المثال ، خليج مونتيري المفرط في كاليفورنيا). تتراكم المواد العضوية بسرعة كبيرة في قاع البحر ، حيث يتم دفن جزء كبير منها تحت طبقات أكثر من المادة العضوية قبل أن يتمكن الزبالون من الوصول إليها.

على النقيض من ذلك ، في وسط المحيط الهادئ ، هناك بالتأكيد حياة ، أقل بكثير منها. وبناءً على ذلك ، فإن المياه البعيدة عن سواحل أستراليا ونيوزيلندا هي من بين المياه الأكثر وضوحًا في العالم. لا يوجد تطاير وحياة أقل بكثير على السطح ، لذلك تغرق مادة عضوية أقل بكثير في قاع البحر لتشكيل الرواسب. الشيء القليل الذي يغرقه يتم تحريكه على الفور من قبل سكان القاع القلائل مثل خيار البحر.

يقول ستيفن ديهوندت من جامعة رود آيلاند ، الذي شارك في قيادة البعثة وشارك في تأليف بحث جديد في: “إنها أكبر منطقة بيولوجية كبيرة يتم استكشافها على الأرض ، لأنها تغطي 70 في المائة من سطح الأرض”. اتصالات الطبيعة يصف النتائج. “ونحن نعلم القليل عنها”.

إسقاط تدريبات يصل عمقها إلى 19000 قدم على بعد حوالي 1400 ميل شمال شرق نيوزيلندا ، وكان ديهوند وزملاؤه في مهمة لاستكشاف هذه الرواسب القديمة في أعماق البحار مدى الحياة. يمكن أن يكون الكثير من قاع البحر عبارة عن رماد بركاني ينفخ من الأرض ، بالإضافة إلى قطع معدنية من الفضاء. يقول D’Hondt: “هناك جزء قابل للقياس منه وهو الحطام الكوني”. “إذا تجولت في الطين الضحل بمغناطيس ، فسوف تسحب النيازك الصغيرة.”

حتى على سطح الرواسب ، حيث يتجول خيار البحر ، تتوقع العثور على عدد قليل جدًا من الميكروبات – نسبيًا. يقول D’Hondt: “في قاع البحر هناك ، قد يكون لديك مليون ميكروب لكل سنتيمتر مكعب”. “بينما خارج سان فرانسيسكو ، قد يكون لديك مليار أو عشرة مليارات لكل سنتيمتر مكعب.” وتوقع الباحثون إذن العثور على عدد أقل من الميكروبات أعمق ، حيث تكون المادة العضوية غير موجودة بشكل أساسي.

وللتقاط هذه الميكروبات ، حفروا 75 متراً من الرواسب فائقة الدقة حتى ضربوا ذلك الطابق السفلي من الصخور البركانية ، ثم جمعوا عيناتهم. من الحفر السابق القريب ، كانوا يعلمون أنهم سيحصلون على الوحل البالغ من العمر 101.5 مليون عام – تتجمع الترسبات في هذا الجزء من البحر بمعدل ربما 10 سنتيمترات كل مليون سنة.

عينات الرواسب في متناول اليد ، كان على يوكي مورونو – عالم الأحياء الجيولوجية في الوكالة اليابانية لعلوم وتكنولوجيا البحار البحرية (المعروفة باسم JAMSTEC) والمؤلف الرئيسي للورقة الجديدة – البحث الآن من خلال الرواسب فائقة الدقة للميكروبات بالغة الصغر. من حيث المبدأ ، كان ينبغي أن تكون العملية مباشرة. استخدم مورونو مادة كيميائية تلطخ الحمض النووي ، فتخرج الميكروبات من مخابئها وسط جزيئات رسوبية أخرى عديدة.

ما وجده كان مذهلاً: 1011 خلية لكل سنتيمتر مكعب من الرواسب التي يجب أن تكون ، من الناحية النظرية ، شحيحة من حيث الحياة. كان مديرو JAMSTEC مبتهجين. “كانوا يقولون إنهم حققوا نتائج مذهلة وسيعيدون كتابة الكتب المدرسية أو شيء من هذا القبيل. يتذكر مورونو: “لقد كنت قلقة للغاية بشأن ذلك”. مثل هذا العدد المرتفع من الخلايا في الرواسب يخلو تقريبًا من العناصر الغذائية وأقرع جرس الإنذار له. لذا قام مورونو بتفكيك تقنياته ونتائجه الخاصة ووجد أن شيئًا ما كان حقًا في حالة فوضى. “أخيرًا ، في غضون ما يقرب من نصف عام أو نحو ذلك ، يمكنني أن أثبت أن النتائج كانت خاطئة: أكثر من 99 في المائة من الخلايا التي اكتشفتها التكنولوجيا السابقة لم تكن خلايا” ، كما يقول.

كانت الورقة التي قدمها إلى إحدى المجلات في الواقع قيد مراجعة الأقران في ذلك الوقت ويجب سحبها. لكنه قرر المحاولة مرة أخرى. يقول مورونو: “بناءً على ذاكرة الكابوس السيئة للغاية ، حاولت تطوير التكنولوجيا للتأكد.

تبين أن الخط الأمامي هو تلك المادة الكيميائية التي تلطخ الحمض النووي: كما أنها تلطخ جزيئات رسوبية أخرى ، وهي أجزاء صغيرة كروية تشبه الخلية إلى حد كبير. يقول مورونو: “ما وجدناه من ذاكرة الكابوس هو أنه يمكن صبغ الميكروبات باللون الأخضر على شكل مضان ، في حين أن المركبات العضوية أو الجزيئات العضوية التي امتصت بقعة الحمض النووي أصبحت صفراء اللون مع مضان”. في هذه المرة ، كشفت التقنية الجديدة أن كل ميكروباته تقريبًا كانت قطعًا عادية من الرواسب.

لكن هذا لا يعني أن الميكروبات لم تكن موجودة – كان Morono بحاجة فقط إلى معرفة كيفية تصفيتها. كان الحل … حلاً ، على وجه التحديد حل عالي الكثافة يستخدمه علماء الأحياء لعزل الخلايا. يأخذ Morono عينة من الرواسب ، ويضعها فوق المحلول ، ويدورها كلها في جهاز طرد مركزي. الميكروبات أقل كثافة من بقية الرواسب ، لذا فإنها تنفصل ، بينما بقيت الجسيمات غير العضوية عالية الكثافة في المحلول.

يقول مورونو: “المنتج النهائي هو الميكروبات المزروعة”. “عادةً ما تكون الخلايا الميكروبية الفردية محاطة بمجموعة من المواد المصفرة ، ولكن بعد التنقية يمكننا الحصول على الخلايا الميكروبية الخضراء حقًا فقط”.

عزل مورونو الآن مجتمعًا عمره 100 مليون عام من الخلايا ، معظمها بكتيريا هوائية ، أو بكتيريا تستجيب للأكسجين ، بالإضافة إلى كائنات وحيدة الخلية تعرف باسم الأركيا. ومثل أي عالم جيد ، أعادهم مورونو إلى الحياة من خلال إطعامهم الكربون والنيتروجين. بعد 68 يومًا فقط – وهي فترة زمنية غير محسوسة تقريبًا في النطاق الزمني الجيولوجي للميكروبات لمدة 100 مليون سنة – زادت أنواع معينة من الميكروبات أعدادها بأربع مرات من حيث الحجم. استطاع الباحثون بالفعل قياس كيف اكتسبت الكائنات الدقيقة الوزن عندما امتصت العناصر الغذائية. يقول مورونو: “كان ذلك أمرًا لا يصدق”. “أكثر من 99 في المائة من الميكروبات يمكن أن تنتعش.”

قد تميل إلى التفكير في البكتيريا كحشود – المليارات على مليارات الخلايا التي تستعمر البر والبحر والهواء وأجسامنا. لكن مورونو وزملاؤه تمكنوا من عزل حفنة من الخلايا القديمة ، وإيقاظهم ، وجعلهم يشكلون مجتمعًا أكبر. تقول عالمة الجيولوجيا ETH زيوريخ كارا ماينابوسكو ، التي لم تشارك في هذا العمل: “يمكن أن يوضح هذا النهج ما تأكله كل خلية ميكروبية ويوفر نافذة على عالم لا نراه عادةً”. “إن القدرة على دراسة البكتيريا والأثريات كخلايا فردية بدلاً من مجتمع جماعي سيؤدي بلا شك إلى العديد من الاكتشافات حول كيفية بقاء الكائنات الحية الدقيقة على كوكبنا.”

لقد خرجت الميكروبات من موطنها الفقير بالمغذيات والأكسجين على بعد 250 قدمًا في الوحل ، والتي يبلغ عمقها 20000 قدمًا في البحر ، وعادت الميكروبات من نوع من السبات – لم تكن حية أو ميتة حقًا. يقول ينس كالميير ، عالِم الأحياء الجيولوجية في مركز الأبحاث الألماني لعلوم الأرض ، الذي كان في رحلة استكشافية لكنه لم يشارك في تأليف الورقة الجديدة: “إنها تتحدى مفاهيمنا فقط ، لأننا كبشر لا نمتلك جداول زمنية للملاحظة”. “أعني ، بالتفكير في هذا ، هذه الرواسب التي كان عمرها بالفعل عشرات الملايين من السنين عندما ماتت الديناصورات. هذه أشياء قديمة. ”

لا تخف ، مع ذلك ، من أن العلم ربما يكون قد أطلق الآن تهديدًا قديمًا على الأنواع البشرية. يقول D’Hondt: “لا توجد مسببات الأمراض البشرية بشكل عام في رواسب أعماق المحيطات ، وقد تم حجز هذه الميكروبات في بيئتها الرسوبية منذ ما يقرب من 100 مليون سنة قبل أصل الإنسان”. “لذا لم تتح لهم الفرصة للتطور إلى جانب الناس أو الحيوانات الحديثة الأخرى.”

لكن كيف استطاعت البكتيريا البقاء على قيد الحياة لفترة طويلة في الوحل ، بعيدًا عن مياه البحر التي توفر الأكسجين؟ اتضح أن هذه النظم البيئية العميقة ، حيث تطورت الكائنات الحية من أجل البقاء شحيحة للغاية ، لها ميزة على قاع البحار الصاخبة حيث تستهلك قشريات الميكروبات المادة العضوية – وكذلك الأكسجين أثناء وجودها. هنا في الأراضي القاحلة في أعماق البحار ، يوجد نشاط ميكروبي أقل بكثير على سطح الرواسب ، بحيث يمكن أن يتسرب فائض الأكسجين إلى الميكروبات القديمة. من المؤكد أنها كمية صغيرة ، لكنها شيء.

“يجب أن يجلسوا هناك لفترة طويلة جدًا – عبر الزمن الجيولوجي – ينتظرون بعض الظروف الأكثر جمالًا. أخيرًا ، لديهم فرصة لإحياء ، “يقول عالم الأحياء الجيولوجية فوميو إناغاكي ، مدير مكتب تعزيز الحفر Mantle في JAMSTEC ، الذي شارك في قيادة البعثة وشارك في تأليف الورقة الجديدة. “أعتقد أنها توفر بعض المعلومات المهمة لفهم قابلية الحياة على الأرض ، بالطبع ، ولكن أيضًا الكواكب الأخرى ، مثل سطح المريخ تحت سطح الأرض. بالطبع ، قد لا يكون سطح المريخ مكانًا مثاليًا للبحث عن الحياة من أجل دراسة لقابلية العيش ، ولكن إذا تعمقت كثيرًا أعتقد أنه قد يكون هناك إمكانية للعثور على الحياة “.

تم نشر هذه القصة في الأصل بواسطة WIRED US