تويت
عُثر على نوع غريب من البكتيريا في قاع المحيط يملك عملية أيض لا تشبه أي شيء رأيناه من قبل. يقول علماء من ألمانيا أن هذه البكتيريا التي تسمّى أسيتو باكتيريوم وودي (Acetobacterium woodii) وتعيش في أمعاء النمل الأبيض تستطيع تكوين واستخدام الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الطاقة من تلقاء نفسها، دون الحاجة إلى الأكسجين.
إن قدرة هذه البكتيريا على النجاة باستخدام مواد عضوية وغير عضوية على حد سواء دون الحاجة إلى الأكسجين تجعل هذه البكتريا فريدة تمامًا مقارنةً بالكائنات الحية الدقيقة الأخرى. توقع العلماء منذ فترة طويلة وجود شيء من هذا القبيل، إلا أنهم لم يربطوه سابقًا بالبكتيريا المولدة للأسيتات، التي تنتج غاز الميثان دون الحاجة إلى الأكسجين.
يقول فولكر مولر، عالم الفيزياء الدقيقة في جامعة غوته في فرانكفورت: «كانت هناك تكهنات بأن العديد من أشكال الحياة القديمة تمتلك هذا النوع من التمثيل الغذائي الذي وصفناه في بكتيريا أسيتو باكتيريوم وودي».
ويردف: «هذا هو المفترض، على سبيل المثال، عند عتائق أسجارد التي اكتشفت قبل بضع سنين في قاع البحر قبالة كاليفورنيا. قدمت تحقيقاتنا أول دليل على وجود مسارات التمثيل هذه».
اكتُشفت الفتحات الحرارية المائية في أواخر السبعينيات، ومنذ ذلك الحين توصلنا إلى إدراك أن البيئة الغريبة هذه موطن لأشكال حياة معقدة، تتضمن طبقات البكتيريا التي يصل سمكها إلى عدة سنتيمترات، التي تتغذى على المركبات غير العضوية مثل الهيدروجين والكبريتيد.
في الواقع، قد يكون هذا أكبر تجمع للكائنات الدقيقة المحولة للهيدروجين في العالم، ونتيجةً لذلك، يُعتقد أن بعض هذه الكائنات لها مسارات تمثيل على عكس أي شيء رأيناه من قبل.
إن الهيدروجين الزائد يثبط عملية التخمر، وحتى الفتحات الحرارية المائية الأضعف تتخطى بسهولة المستويات المطلوبة لإيواء البكتريا المخمرة، إذن كيف توجد مثل هذه الكائنات في هذا العمق؟
يبدو أن الإجابة هي التمسك ببعضها بعضًا. إذا اتحدت البكتيريا التي تنتج الهيدروجين مع كائن آخر يؤكسد الهيدروجين، مثل العتائق المنتجة الميثان، ستتمكن العتائق من الحفاظ على ظروف بيئية جيدة لتكاثر هذه البكتيريا.
إن هذا النوع من التخمر هو السائد في هذه البيئة، إلا أنه قد لا يكون الوحيد.
يدعي بحث جديد وجود بكتيريا جديدة قادرة على عمل كلا الدورين في خلية بكتيرية واحدة.
يقول مؤلفو البحث الجديد: «على النقيض من ذلك، تملك بكتريا أسيتو باكتيريوم وودي السمات الأيضية لشريكين في خلية أيضية واحدة».
وأضافوا: «بالاعتماد على الظروف البيئية، قد تلعب هذه البكتيريا دور الشريك المسؤول عن التخمير، أو الشريك المستهلك للهيدروجين».
من غير الواضح كيفية تحقيق البكتيريا لهذا الأمر، ولكن يفترض الباحثون أن أحد المسارات يخمر المواد العضوية ويحولها إلى حمض الأسيتيك، والكحول، والهيدروجين الجزيئي، بينما يمثل المسار الآخر «حوض إلكتروني» للبيئة الخارجية، جاعلًا التخمير ممكنًا بتكوين حمض الأسيتيك من ثاني أوكسيد الكربون والهيدروجين.
عند إيقاف الجين الذي يتحكم في الإنزيم المسؤول عن إنتاج الهيدروجين، وجد الباحثون أن البكتيريا قد تنمو على الفركتوز فقط إذا تمت إضافة الهيدروجين الخارجي. وكشفت اختبارات أخرى أن كلا المسارين مرتبطان بالهيدروجين الذي لا يترك الخلية.
على الرغم من أن التمثيل الغذائي المزدوج قد يوجد في بكتيريا أخرى، فإن هذا النظام أقل شيوعًا. مستوى الهيدروجين أقل في بكتيريا أسيتو باكتيريوم، ولا يمكنها إنتاج نفس الكمية من الطاقة -مقارنةً بالعتائق المولدة للميثان- عن طريق تحويل ثاني أوكسيد الكربون إلى غاز الميثان.
يعني هذا أن البكتيريا المولدة للأسيتات ربما تكون أقل وفرةً في هذه الفتحات، وقد يكون هذا هو سبب عدم اكتشافها حتى الآن.
تقول آنيا فيجمان، عالمة الأحياء الدقيقة الجزيئية: «على الرغم من إعادة تدوير الهيدروجين الذي اكتشفناه، فإن بكتيريا أسيتو باكتيريوم وودي تملك أقصى قدرة من المرونة الأيضية».
وتكمل: «في دورة واحدة، يمكنها إنتاج واستخدام الهيدروجين نفسه، أو استخدام الهيدروجين من مصادر خارجية».
إن قدرة هذه البكتيريا على النجاة باستخدام مواد عضوية وغير عضوية على حد سواء دون الحاجة إلى الأكسجين تجعل هذه البكتريا فريدة تمامًا مقارنةً بالكائنات الحية الدقيقة الأخرى. توقع العلماء منذ فترة طويلة وجود شيء من هذا القبيل، إلا أنهم لم يربطوه سابقًا بالبكتيريا المولدة للأسيتات، التي تنتج غاز الميثان دون الحاجة إلى الأكسجين.
يقول فولكر مولر، عالم الفيزياء الدقيقة في جامعة غوته في فرانكفورت: «كانت هناك تكهنات بأن العديد من أشكال الحياة القديمة تمتلك هذا النوع من التمثيل الغذائي الذي وصفناه في بكتيريا أسيتو باكتيريوم وودي».
ويردف: «هذا هو المفترض، على سبيل المثال، عند عتائق أسجارد التي اكتشفت قبل بضع سنين في قاع البحر قبالة كاليفورنيا. قدمت تحقيقاتنا أول دليل على وجود مسارات التمثيل هذه».
اكتُشفت الفتحات الحرارية المائية في أواخر السبعينيات، ومنذ ذلك الحين توصلنا إلى إدراك أن البيئة الغريبة هذه موطن لأشكال حياة معقدة، تتضمن طبقات البكتيريا التي يصل سمكها إلى عدة سنتيمترات، التي تتغذى على المركبات غير العضوية مثل الهيدروجين والكبريتيد.
في الواقع، قد يكون هذا أكبر تجمع للكائنات الدقيقة المحولة للهيدروجين في العالم، ونتيجةً لذلك، يُعتقد أن بعض هذه الكائنات لها مسارات تمثيل على عكس أي شيء رأيناه من قبل.
إن الهيدروجين الزائد يثبط عملية التخمر، وحتى الفتحات الحرارية المائية الأضعف تتخطى بسهولة المستويات المطلوبة لإيواء البكتريا المخمرة، إذن كيف توجد مثل هذه الكائنات في هذا العمق؟
يبدو أن الإجابة هي التمسك ببعضها بعضًا. إذا اتحدت البكتيريا التي تنتج الهيدروجين مع كائن آخر يؤكسد الهيدروجين، مثل العتائق المنتجة الميثان، ستتمكن العتائق من الحفاظ على ظروف بيئية جيدة لتكاثر هذه البكتيريا.
إن هذا النوع من التخمر هو السائد في هذه البيئة، إلا أنه قد لا يكون الوحيد.
يدعي بحث جديد وجود بكتيريا جديدة قادرة على عمل كلا الدورين في خلية بكتيرية واحدة.
يقول مؤلفو البحث الجديد: «على النقيض من ذلك، تملك بكتريا أسيتو باكتيريوم وودي السمات الأيضية لشريكين في خلية أيضية واحدة».
وأضافوا: «بالاعتماد على الظروف البيئية، قد تلعب هذه البكتيريا دور الشريك المسؤول عن التخمير، أو الشريك المستهلك للهيدروجين».
من غير الواضح كيفية تحقيق البكتيريا لهذا الأمر، ولكن يفترض الباحثون أن أحد المسارات يخمر المواد العضوية ويحولها إلى حمض الأسيتيك، والكحول، والهيدروجين الجزيئي، بينما يمثل المسار الآخر «حوض إلكتروني» للبيئة الخارجية، جاعلًا التخمير ممكنًا بتكوين حمض الأسيتيك من ثاني أوكسيد الكربون والهيدروجين.
عند إيقاف الجين الذي يتحكم في الإنزيم المسؤول عن إنتاج الهيدروجين، وجد الباحثون أن البكتيريا قد تنمو على الفركتوز فقط إذا تمت إضافة الهيدروجين الخارجي. وكشفت اختبارات أخرى أن كلا المسارين مرتبطان بالهيدروجين الذي لا يترك الخلية.
على الرغم من أن التمثيل الغذائي المزدوج قد يوجد في بكتيريا أخرى، فإن هذا النظام أقل شيوعًا. مستوى الهيدروجين أقل في بكتيريا أسيتو باكتيريوم، ولا يمكنها إنتاج نفس الكمية من الطاقة -مقارنةً بالعتائق المولدة للميثان- عن طريق تحويل ثاني أوكسيد الكربون إلى غاز الميثان.
يعني هذا أن البكتيريا المولدة للأسيتات ربما تكون أقل وفرةً في هذه الفتحات، وقد يكون هذا هو سبب عدم اكتشافها حتى الآن.
تقول آنيا فيجمان، عالمة الأحياء الدقيقة الجزيئية: «على الرغم من إعادة تدوير الهيدروجين الذي اكتشفناه، فإن بكتيريا أسيتو باكتيريوم وودي تملك أقصى قدرة من المرونة الأيضية».
وتكمل: «في دورة واحدة، يمكنها إنتاج واستخدام الهيدروجين نفسه، أو استخدام الهيدروجين من مصادر خارجية».