كيف يمكن للميكروبات إبطاء ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي

يبدو أن هناك أخيرًا علاجًا مثيرًا للاهتمام إلى جانب كونه فعالًا. إنه يقع في حوالي أ ميكروب من رتبة Methanosarcinales التي تم العثور عليها من قبل مجموعة من الباحثين من جامعة RadBoud ، في هولندا ، ومعهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة البحرية في بريمن ، ألمانيا ، الذين أعدوا دراسة تم نشرها 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.

لقد اشتبه الباحثون بالفعل في وجود ميكروب يمكنه أن يأكل ، ليس فقط الميثان ، ولكن أيضًا الحديد ، لكنهم لم يعثروا عليه حتى الآن. لحسن الحظ ، اكتشفوا ذلك القوس يستخدم الحديد لتحويل الميثان إلى ثاني أكسيد الكربون. ومن خلال القيام بذلك، يتم تقليل كمية الحديد المتاحة للبكتيريا الأخرى، وبالتالي بدء سلسلة من الطاقة تؤثر على دورة الحديد والميثان وانبعاثات الميثان. علاوة على ذلك، فإن هذا الاكتشاف هو جزء من سياق البحث الجاري حول العلاقة بين الفطريات والاحتباس الحراري.

وكما لو أن هذا لم يكن كافيًا ، يمكن لهذه الأركيا تحويل النترات إلى أمونيوم ، وهو غذاء بكتيريا anamnox ، والتي تحويل الأمونيا إلى نيتروجين... بدون استخدام الأكسجين! هذا مهم بشكل خاص لمعالجة 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.

تمثل الميكروبات موردًا حيويًا في مكافحة تغير المناخ والاحتباس الحراري العالمي. معه القدرة على استقلاب المركبات المختلفة، بما في ذلك الغازات المسببة للاحتباس الحراري، تظهر هذه الكائنات الحية الدقيقة كحلفاء أساسيين في التخفيف من الانبعاثات الضارة.

الدور الحاسم للميكروبات في احتجاز الكربون

وبينما يحاول البشر مكافحة آثار تغير المناخ، ربما حان الوقت للتوجه إلى الميكروبات باعتبارها الحل الحاسم لمشكلة الاحتباس الحراري العالمي. تتحمل الميكروبات مسؤولية العديد من التغيرات البيئية التاريخية التي شكلت الأرض. لقد بقيت هذه المولدات الصغيرة للحياة على قيد الحياة لمليارات السنين، وربما تحتوي الأبحاث المستقبلية على الإجابات التي كنا نبحث عنها طوال الوقت. بالإضافة إلى ذلك، دراسة تأثيرات تغير المناخ على الميكروبات يصبح أكثر أهمية بشكل متزايد.

تعتبر الميكروبات، بما في ذلك البكتيريا والفطريات، ضرورية للحفاظ على تربة صحية ومكافحة تغير المناخ. العنصر الرئيسي في هذا السياق هو عزل الكربون. تعتبر الميكروبات الموجودة في التربة ضرورية لاحتجاز الكربون. بعض أنواع البكتيريا والطحالب تقوم بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية، والتي يتم تخزينها بعد ذلك في التربة. يساعد هذا على إزالة ثاني أكسيد الكربون الزائد من الغلاف الجوي، مما يخفف من آثار الاحتباس الحراري العالمي.

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

يعتبر النيتروجين عنصرًا غذائيًا مهمًا لنمو النبات، ولكن يجب أن يكون في الشكل المناسب حتى تتمكن النباتات من استخدامه. ميكروبات التربة تلعب دورا أساسيا في دورة المغذيات. إنها تقوم بتحليل المواد العضوية، مثل النباتات والحيوانات الميتة، وتطلق العناصر الغذائية الأساسية في التربة. يمكن للنباتات امتصاص هذه العناصر الغذائية واستخدامها لنموها وتطورها.

على سبيل المثال، البكتيريا المثبتة للنيتروجين، مثل الريزوبيمتحويل النيتروجين الجوي إلى شكل يمكن للنباتات استخدامه، مثل الأمونيا أو النتريت. تعتبر هذه العملية، التي تسمى تثبيت النيتروجين، ضرورية لنمو العديد من النباتات، لأن النيتروجين هو عنصر أساسي في البروتينات وغيرها من البنى الخلوية. يعتبر تفاعل الميكروبات مع دورة النيتروجين مهمًا للغاية 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

تلعب ميكروبات التربة دورًا أساسيًا في نمو النبات. يقومون بتحليل المواد العضوية، توفير المغذيات، تعزيز نمو الجذور والحماية من الأمراض. وتساعد الميكروبات والفطريات الأخرى في تحليل الجزيئات العضوية المعقدة، مثل السليلوز واللجنين، إلى مركبات أبسط يمكن للنباتات استخدامها. تُعرف هذه العملية باسم التحلل، وهي تعيد العناصر الغذائية المختلفة إلى التربة، مثل الكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت. تنتج الميكروبات في التربة أيضًا العديد من الفيتامينات وغيرها من المركبات التي تعمل على تعزيز النمو والتي تمتصها النباتات. على سبيل المثال، تنتج بكتيريا التربة فيتامين ب12، وهو ضروري لنمو النبات وتطوره.

تشكل بعض ميكروبات التربة، مثل الفطريات الفطرية، علاقات تكافلية مع جذور النباتات. تساعد هذه الفطر على تحسين امتصاص الماء والمواد المغذية من خلال جذور النباتات، مما يعزز نموها وتطورها. يمكن أن تساعد الميكروبات الموجودة في التربة أيضًا في حماية النباتات من الأمراض. على سبيل المثال، تنتج بعض البكتيريا المضادات الحيوية التي يمكنها قتل أو منع نمو الميكروبات المسببة للأمراض، مثل البكتيريا والفطريات، التي تسبب أمراض النبات. يعد التفاعل بين الميكروبات والنباتات عاملاً رئيسياً لاستدامة الزراعة.

دورة المغذيات وأهميتها

تساعد دورة المغذيات التربة. بالإضافة إلى النيتروجين، تساعد الميكروبات في التربة على دورة العناصر الغذائية الأخرى. المواد الغذائية الأساسية، مثل الفوسفور والبوتاسيوم، مما يجعلها متاحة لنمو النبات. تساعد هذه العملية، المعروفة باسم دورة المغذيات، 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

يمكن أن تقلل ميكروبات التربة من تلوث. تطلق العديد من العمليات الصناعية والمنتجات الاستهلاكية مواد كيميائية ضارة في البيئة، مما يؤدي إلى تلوث التربة. ولكن بعض الميكروبات الموجودة في التربة قادرة على تحليل هذه الملوثات، مما يساعد على تنظيف التربة الملوثة وحماية النظام البيئي. ومن المهم أيضًا أن نأخذ في الاعتبار كيفية تأثير التلوث على الدورات البيوكيميائية 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.

يعد الاختبار البيولوجي للتربة أمرًا حيويًا لفهم صحة التربة ودور الميكروبيوم في إنتاج المحاصيل. تقدم شركة Biome Makers تحليلًا بيولوجيًا للتربة يسمى اختبار BeCrop. يعد اختبار BeCrop مفيدًا للمزارعين لأن هذا التحليل البيولوجي للتربة يظهر مسارات المغذيات المسدودة، والتنوع الميكروبي، والعلاقة بين الفطريات والبكتيريا، واكتشاف مخاطر الأمراض، وإنتاج الهرمونات والتكيف مع الإجهاد. باستخدام هذه البيانات، يمكن للمزارعين التقدم بطلب الأسمدة أو المنتجات البيولوجية أكثر دقة في تشخيص المشاكل المحددة، مما يوفر الوقت والمال ويزيد من إنتاجية المحاصيل وجودتها.

الميكروبات والأمراض

يتأثر انتقال وانتشار الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض ومعدل تكاثرها وبقائها في البيئة بشكل كبير بهطول الأمطار والرطوبة النسبية ودرجة الحرارة والملوحة والرياح. يمكن أن يؤثر تغير المناخ أيضًا على ظهور وانتشار أمراض معدية في كل من البيئات البحرية والبرية. ويمكن أن يؤثر أيضًا على صحة النظم البيئية، وهو جانب يستحق الاهتمام، وخاصة في سياق آثار الاحتباس الحراري على الصحة.

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 أن توفر التكنولوجيا الحيوية الميكروبية حلولاً مبتكرة لتحقيق تنمية أكثر استدامة. وتجري حاليًا أبحاث للتلاعب وراثيًا بالكائنات الحية الدقيقة لزيادة قدرتها على تقليل النيكوتين.₂من O إلى N₂ الجوي، وذلك لتحييد انبعاثات هذا الغاز؛ التلاعب بميكروبات الكرش لتقليل إنتاج CH₄؛ استخدام الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج الوقود الحيوي وتقليل استخدام الوقود الأحفوري؛ أو التحول الأخير للبكتيريا لاستهلاك ثاني أكسيد الكربون₂.

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 الحية الدقيقة ضرورية ليس فقط لصحة التربة والزراعة، ولكن أيضًا لـ الصحة العالمية للكوكب، تعمل كمنظمات للمناخ وتعمل كمرشحات طبيعية للغازات المسببة للاحتباس الحراري.