يبدو أنه قد تم التوصل أخيرًا إلى علاج فعال ومثير للاهتمام. إنه ميكروب من رتبة الميثانوسارسيناليس، اكتشفه فريق من الباحثين من جامعة رادبود في هولندا ومعهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة البحرية في بريمن، ألمانيا. وقد نُشرت دراستهم في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
اكتشاف مثير للاهتمام للغاية يمكن أن يمثل ، دون أدنى شك ، ما قبل وبعد في الكفاح ضد العواقب التي يمكن أن يجلبها الاحتباس الحراري.
لطالما اشتبه الباحثون بوجود ميكروب قادر على استهلاك الميثان والحديد معًا، لكنهم لم يعثروا عليه حتى الآن. لحسن الحظ، اكتشفوا نوعًا من العتائق يستخدم الحديد لتحويل الميثان إلى ثاني أكسيد الكربون . وبذلك، يقلل من كمية الحديد المتاحة للبكتيريا الأخرى، مما يُطلق سلسلة من التفاعلات الطاقية التي تؤثر على دورات الحديد والميثان، وبالتالي على انبعاثات الميثان. علاوة على ذلك، يُعد هذا الاكتشاف جزءًا من بحث مستمر حول العلاقة بين الفطريات والاحتباس الحراري.
وإذا لم يكن ذلك كافيًا، فإن هذه العتائق قادرة على تحويل النترات إلى أمونيوم، وهو مصدر غذاء لبكتيريا الأناموكس، التي بدورها تحول الأمونيوم إلى نيتروجين ... دون استخدام الأكسجين! وهذا الأمر ذو أهمية خاصة في معالجة مياه الصرف الصحي، كما أوضح بوران كارتال، عالم الأحياء الدقيقة في معهد ماكس بلانك، الذي أضاف:
"يمكن استخدام مفاعل حيوي يحتوي على الميثان اللاهوائي والكائنات الحية الدقيقة المؤكسدة للأمونيوم لتحويل الأمونيوم والميثان والنيتروجين المؤكسد في مياه الصرف الصحي إلى غاز النيتروجين وثاني أكسيد الكربون في وقت واحد، والتي لديها إمكانية أقل بكثير للتسبب في الاحتباس الحراري العالمي."
وعلى الرغم من علمهم بوجود مؤكسدات الميثان المعتمدة على الحديد، إلا أنهم لم يتمكنوا من عزلها. لكنهم تمكنوا من العثور عليها في مجموعة العينات الخاصة بهم، والآن يمكن استخدامها للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي.
تُمثل الكائنات الدقيقة مورداً بالغ الأهمية في مكافحة تغير المناخ والاحتباس الحراري. وبفضل قدرتها على استقلاب مركبات متنوعة ، بما في ذلك غازات الدفيئة، تبرز هذه الكائنات الدقيقة كحلفاء أساسيين في الحد من الانبعاثات الضارة.
الدور الحاسم للميكروبات في احتجاز الكربون
بينما يكافح البشر آثار تغير المناخ، قد يكون الوقت قد حان لتوجيه أنظارنا إلى الميكروبات باعتبارها الحل الأمثل لظاهرة الاحتباس الحراري. فالميكروبات مسؤولة عن العديد من التغيرات البيئية التاريخية التي شكلت كوكب الأرض. وقد صمدت هذه الكائنات الدقيقة، مولدات الحياة، لمليارات السنين، وقد تحمل الأبحاث المستقبلية الإجابات التي كنا نبحث عنها طوال هذه المدة. علاوة على ذلك، تزداد أهمية دراسة آثار تغير المناخ على الميكروبات .
تُعدّ الكائنات الدقيقة، بما فيها البكتيريا والفطريات، ضرورية للحفاظ على صحة التربة ومكافحة تغير المناخ. ويُعتبر احتجاز الكربون عنصراً أساسياً في هذا السياق . فالكائنات الدقيقة في التربة ضرورية لالتقاط الكربون، حيث تقوم بعض أنواع البكتيريا والطحالب بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد عضوية تُخزّن في التربة. وهذا يُساعد على إزالة فائض ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، مما يُخفف من آثار الاحتباس الحراري.
بعض الميكروبات الرئيسية الموجودة في التربة والتي تشارك في احتجاز الكربون هي:
- الفطريات الفطرية: تشكل هذه الفطريات علاقات تكافلية مع جذور النباتات، مما يساعدها على امتصاص العناصر الغذائية والماء من التربة. كما أنهم يلعبون دورا دور في عزل الكربون عن طريق زيادة كمية الكربون المخزنة في التربة.
- البكتيريا الشعاعية: من المعروف أن هذه البكتيريا تعمل على تحلل فضلات النباتات والمواد العضوية الأخرى، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون في هذه العملية. كما أنها تلعب دورًا في عزل الكربون من خلال إنتاج المركبات العضوية التي تساعد على استقرار المادة العضوية في التربة.
- الريزوبيا: تشكل هذه البكتيريا علاقات تكافلية مع البقوليات، حيث تقوم بتثبيت النيتروجين من الهواء وتجعله متاحًا للنبات. وتساعد هذه العملية أيضًا على زيادة كمية الكربون المخزنة في التربة.
- الفطريات الجذرية الخيطية: تشكل هذه الفطريات علاقات تكافلية مع مجموعة واسعة من أنواع النباتات وتلعب دورًا رئيسيًا في عزل الكربون عن طريق زيادة كمية الكربون المخزنة في التربة.
- البروتيوبكتيريا: تقوم هذه البكتيريا بتحليل فضلات النباتات والمواد العضوية الأخرى، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، فإنها يمكن أن تلعب دورا أيضا دور في عزل الكربون من خلال إنتاج مركبات تساعد على تثبيت المادة العضوية في التربة.
الميكروبات ودورة النيتروجين
يُعدّ النيتروجين عنصرًا غذائيًا أساسيًا لنمو النبات، ولكن يجب أن يكون في صورته المناسبة لكي تستفيد منه النباتات. تلعب الكائنات الحية الدقيقة في التربة دورًا حيويًا في دورة العناصر الغذائية، حيث تُحلل المواد العضوية، مثل النباتات والحيوانات الميتة، وتُطلق العناصر الغذائية الأساسية في التربة. بعد ذلك، تستطيع النباتات امتصاص هذه العناصر واستخدامها في النمو والتطور.
على سبيل المثال، تقوم البكتيريا المثبتة للنيتروجين، مثل بكتيريا الريزوبيوم ، بتحويل النيتروجين الجوي إلى شكل يمكن للنباتات استخدامه، مثل الأمونيا أو النتريت. تُعرف هذه العملية بتثبيت النيتروجين، وهي ضرورية لنمو العديد من النباتات، لأن النيتروجين عنصر أساسي في البروتينات وغيرها من التراكيب الخلوية. يُعد تفاعل الكائنات الدقيقة مع دورة النيتروجين حيويًا لصحة التربة والنظام البيئي.
وفيما يلي بعض الميكروبات الرئيسية المشاركة في دورة النيتروجين:
- البكتيريا المثبتة للنيتروجين: هذه البكتيريا مثل ريزوبيا y الآزوتية، يمكنه تحويل النيتروجين الجوي إلى شكل صالح للاستخدام من قبل النباتات. تعتبر هذه العملية، والتي تسمى بتثبيت النيتروجين، ضرورية لنمو النبات وصحة النظام البيئي.
- البكتيريا المؤكسدة للأمونيا: هذه البكتيريا مثل النتريتية y نيتروسوكوكستحويل الأمونيا إلى نتريت، وهو شكل وسيط من النيتروجين.
- البكتيريا المؤكسدة للنتريت: هذه البكتيريا مثل nitrobactaتحويل النتريت إلى نترات، وهو شكل وسيط آخر من النيتروجين.
- البكتيريا المزيلة للنتروجين: هذه البكتيريا مثل الزائفة y باراكوكوس، حيث يقومون بتحويل النترات مرة أخرى إلى غاز النيتروجين، والذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي.
الميكروبات ونمو النبات
تؤدي الكائنات الحية الدقيقة في التربة دورًا حيويًا في نمو النبات. فهي تُحلل المواد العضوية، وتُوفر العناصر الغذائية ، وتُعزز نمو الجذور، وتحمي من الأمراض. كما تُساعد كائنات دقيقة وفطريات أخرى في تكسير الجزيئات العضوية المعقدة، مثل السليلوز واللجنين، إلى مركبات أبسط يُمكن للنباتات استخدامها. تُعرف هذه العملية بالتحلل، وتُعيد عناصر غذائية متنوعة إلى التربة، بما في ذلك الكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت. تُنتج الكائنات الحية الدقيقة في التربة أيضًا العديد من الفيتامينات والمركبات الأخرى المُعززة للنمو التي تمتصها النباتات. على سبيل المثال، تُنتج بكتيريا التربة فيتامين ب12، وهو ضروري لنمو النبات وتطوره.
تُقيم بعض الكائنات الحية الدقيقة في التربة، مثل الفطريات الجذرية، علاقات تكافلية مع جذور النباتات. تُساعد هذه الفطريات على تحسين امتصاص الماء والمغذيات من قِبل جذور النباتات، مما يُعزز نموها وتطورها. كما تُساعد الكائنات الحية الدقيقة في التربة على حماية النباتات من الأمراض. فعلى سبيل المثال، تُنتج بعض أنواع البكتيريا مضادات حيوية قادرة على قتل أو تثبيط نمو الكائنات الحية الدقيقة المُمرضة، مثل البكتيريا والفطريات، التي تُسبب أمراض النبات. ويُعد التفاعل بين الكائنات الحية الدقيقة والنباتات عاملاً أساسياً في استدامة الزراعة.
دورة المغذيات وأهميتها
تُساهم دورة العناصر الغذائية في تحسين التربة. فبالإضافة إلى النيتروجين، تُساعد الكائنات الحية الدقيقة في التربة على تدوير عناصر غذائية أساسية أخرى ، مثل الفوسفور والبوتاسيوم، مما يجعلها متاحة لنمو النبات. تُعرف هذه العملية بدورة العناصر الغذائية، وتُساعد في الحفاظ على صحة التربة وخصوبتها.
وفيما يلي بعض الميكروبات الرئيسية المشاركة في دورة المغذيات:
- المحللات: تعمل هذه الميكروبات، مثل الفطريات والبكتيريا، على تحلل المواد العضوية الميتة وإعادة تدوير العناصر الغذائية الموجودة فيها إلى التربة.
- البكتيريا المذيبة للفوسفور: هذه البكتيريا مثل بكتير مسبب لمرض y الزائفة، يمكنه إعادة تدوير الفوسفور من مصادر غير قابلة للذوبان، مما يجعله متاحًا للنباتات والكائنات الحية الأخرى.
- البكتيريا المؤكسدة للكبريت: هذه البكتيريا مثل Thiobacillus y بيجياتواتلعب البكتيريا دورًا حاسمًا في دورة الكبريت عن طريق أكسدة مركبات الكبريت، مما يجعل الكبريت متاحًا للكائنات الحية الأخرى في النظام البيئي.
الحد من تلوث التربة
تستطيع الكائنات الحية الدقيقة في التربة الحد من تلوثها . تُطلق العديد من العمليات الصناعية والمنتجات الاستهلاكية مواد كيميائية ضارة في البيئة، مما يُلوث التربة. لكن بعض هذه الكائنات قادرة على تحليل هذه الملوثات، مما يُساعد على تنظيف التربة الملوثة وحماية النظام البيئي. ومن المهم أيضًا مراعاة تأثير التلوث على الدورات البيوجيوكيميائية الطبيعية.
عندما تتحلل النفايات، فإنها تطلق غاز الميثان، وهو غاز دفيئة قوي آخر. الميثان هو غاز دفيئة قوي يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري ويمكن أن يؤثر سلبًا على جهود احتجاز الكربون.
تشارك بعض الميكروبات، وخاصة أنواع معينة من العتائق والبكتيريا، في إنتاج الميثان. ومن الأمثلة على ذلك العتائق الميثانوجينية. تتحمل هذه الميكروبات مسؤولية معظم إنتاج غاز الميثان في البيئات اللاهوائية، مثل الأراضي الرطبة، وحقول الأرز، والجهاز الهضمي للحيوانات المجترة. إنها تنتج غاز الميثان كمنتج ثانوي لأنشطتها الأيضية، والتي تنطوي على تحلل المواد العضوية. ومن ثم، يصبح من المناسب التحقيق في كيفية تأثير التلوث على الدورات البيوكيميائية للأرض.
إن إنتاج غاز الميثان بواسطة هذه الميكروبات يمكن أن يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من الغاز في الغلاف الجوي، مما قد يؤثر سلبًا على المناخ وجهود عزل الكربون. ومع ذلك، من المهم أن نلاحظ أن ليس كل الميكروبات المشاركة في إنتاج الميثان ضارة. يمكن تسخير بعض الميكروبات، مثل تلك التي تشارك في إنتاج الغاز الحيوي، لإنتاج الطاقة المتجددة مع الحد من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري.
الميكروبيوم وصحة التربة
يعد وجود ميكروبيوم التربة الصحي ضروريًا للحفاظ على صحة التربة وتعزيز الزراعة المستدامة. تلعب الميكروبات دورًا حاسمًا في صحة ميكروبيوم التربة بعدة طرق:
- تقسيم: تقوم الميكروبات، مثل الفطريات والبكتيريا، بتحليل المواد العضوية الميتة وإعادة تدوير العناصر الغذائية الموجودة فيها إلى التربة، مما يدعم نمو النباتات والكائنات الحية الأخرى.
- دورة التغذية: تلعب الميكروبات دورًا رئيسيًا في دورة العناصر الأساسية، مثل الكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت، عبر النظام البيئي. يساعد هذا في الحفاظ على توازن العناصر الغذائية في التربة ويجعلها متاحة للنباتات والكائنات الحية الأخرى.
- بنية التربة: يمكن للميكروبات، مثل الفطريات الجذرية، أن تساعد في تحسين بنية التربة من خلال تكوين شبكات من الخيوط الفطرية التي تربط جزيئات التربة معًا. هذا يمكن أن يساعد على تحسين احتباس الماء، تقليل التآكل وتحسين صحة التربة بشكل عام.
- قمع المرض: يمكن للميكروبات أن تساعد في قمع أمراض النبات من خلال التنافس مع مسببات الأمراض على الموارد، وإنتاج المضادات الحيوية، وتعزيز نمو الجذور الصحية.
- مكافحة الآفات: يمكن أن تلعب الميكروبات دورًا في مكافحة الآفات من خلال إنتاج السموم السامة للحشرات والآفات الأخرى وتعزيز نمو النباتات المقاومة للآفات.
يُعدّ التحليل البيولوجي للتربة أمرًا بالغ الأهمية لفهم صحة التربة ودور الميكروبيوم في إنتاج المحاصيل. تُقدّم شركة Biome Makers تحليلًا بيولوجيًا للتربة يُسمى BeCrop Test. يُعدّ BeCrop Test عمليًا للمزارعين لأنه يكشف عن انسداد مسارات العناصر الغذائية، والتنوع الميكروبي، والعلاقة بين الفطريات والبكتيريا، والكشف عن مخاطر الأمراض، وإنتاج الهرمونات، والتكيف مع الإجهاد. بفضل هذه البيانات، يستطيع المزارعون استخدام أسمدة أو منتجات بيولوجية أكثر دقة لتشخيص مشاكل محددة، مما يوفر الوقت والمال ويزيد من إنتاجية المحاصيل وجودتها.
الميكروبات والأمراض
يتأثر انتقال وانتشار الكائنات الدقيقة الممرضة، ومعدل تكاثرها، وبقائها في البيئة، بشكل كبير بالهطول المطري، والرطوبة النسبية، ودرجة الحرارة، والملوحة، والرياح. كما يمكن أن يؤثر تغير المناخ على ظهور وانتشار الأمراض المعدية في البيئات البحرية والبرية على حد سواء. ويمكن أن يؤثر أيضاً على صحة النظم البيئية، وهو جانب يستحق الاهتمام، لا سيما في سياق الآثار الصحية للاحتباس الحراري.
على سبيل المثال، هناك علاقة بين ارتفاع درجات حرارة سطح البحر وأمراض المرجان: إذ يمكن لارتفاع درجة حرارة المحيطات أن يؤدي إلى تغيير ميكروبات المرجان، مما يساهم في ظهور بعض الأمراض. يمكن أن يؤدي تحمض المحيطات إلى تلف أنسجة الأسماك، مما يؤدي إلى إضعاف جهاز المناعة لديها وتشجيع غزو البكتيريا المسببة للأمراض. ويحدث شيء مماثل مع البرمائيات عندما ترتفع درجات الحرارة. على المستوى الأرضي، تكون العديد من مسببات الأمراض النباتية والمحاصيل حساسة لتغيرات درجات الحرارة وتتأثر بالمناخ.
وقد ارتبطت زيادة مقاومة المضادات الحيوية بين بعض مسببات الأمراض البشرية أيضًا بتغير المناخ. وقد اقترح أن ارتفاع درجة الحرارة قد يؤدي إلى انتقال أفقي لجينات المقاومة وزيادة معدل نمو العامل الممرض. قد تكون مسببات الأمراض التي تحملها النواقل، مثل البعوض والقراد، والتي تنتقل عن طريق الغذاء أو الهواء أو الماء، عرضة بشكل خاص لتأثيرات تغير المناخ.
الابتكارات في التكنولوجيا الحيوية الميكروبية
يمكن للتكنولوجيا الحيوية الميكروبية أن توفر حلولاً مبتكرة لتحقيق تنمية أكثر استدامة. وتجري حالياً أبحاثٌ للتلاعب الجيني بالكائنات الدقيقة لزيادة قدرتها على اختزال أكسيد النيتروز (N₂O) إلى نيتروجين جوي (N₂) ، وبالتالي تحييد انبعاثات هذا الغاز؛ وللتلاعب بالميكروبات الموجودة في الكرش لتقليل إنتاج الميثان (CH₄) ؛ ولاستخدام الكائنات الدقيقة لإنتاج الوقود الحيوي وتقليل استخدام الوقود الأحفوري؛ ومؤخراً، تم تحويل بكتيريا لاستهلاك ثاني أكسيد الكربون (CO₂).
ليس هناك شك في أن تغير المناخ يمكن أن يؤثر على معدل تحويل الميكروبات للنيتروجين والدورات البيوكيميائية الأخرى. ولذلك، فمن الأهمية بمكان فهم تأثير الكائنات الحية الدقيقة على النظم البيئية وكيف تتأثر هذه النظم بدورها بتغير المناخ.
على مر السنين، أظهرت الأبحاث أن هذه الكائنات الدقيقة ضرورية ليس فقط لصحة التربة والزراعة، ولكن أيضًا للصحة العامة للكوكب ، حيث تعمل كمنظمات للمناخ وتعمل كمرشحات طبيعية للغازات الدفيئة.
