د. محمد المليجي: علاقة البكتيريا بالثلج وامراض النبات

لقد تعلمنا منذ مراحل التعليم الاولي أن الماء يتجمد عند 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) ويغلي عند 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) ، ولكن للاسف هذه المعلومة خاطئة وإليك الأسباب.

دلت الابحاث العلمية على ان الماء لا يتجمد بشكل عام بدون مساعدة الجسيمات المجهرية.

هناك حاجة إلى نواة أو بذرة لبدء تحول الماء إلى ثلج.

إذا كانت العينة نقية، أي خالية من جميع الجزيئات باستثناء جزيئات الماء نفسها، فقد توجد كسائل أقل بكثير من درجة التجمد. من الناحية النظرية ، يمكن أن تصل المياه إلى -55 درجة مئوية قبل أن تتجمد ، ومن المذهل أن العلماء اكتشفوا الماء السائل في السحب عند -40 درجة مئوية.

لكي يتجمد الماء تحتاج جزيئاته لنواة دقيقة تلتف حولها جزيئات الماء وعدم التجانس في شكل وحجم البلورات الثلجية يرجع لتنوع الشوائب التى تستخدم لبدء تكون بلورات الجليد.

وكما تعلم ، هناك الكثير من الأشياء العالقة في الجو ؛كحبوب اللقاح والغبار والسخام والطحالب والرمل والجراثيم وهذا على سبيل المثال لا الحصر ، ويمكن استخدامها جميعًا كنواة لتجميد المياه.

علاج البكتيريا بالثلج

بشكل عام ، تشكل جزيئات الماء قفصًا حول هذه الجسيمات.

هذا يسمح للمادة أن تأخذ الشكل التقريبي لبلورة الجليد.

هذه البلورة الآن المنصة اللازمة لتشكيل المزيد من البلورات وتغيير العينة من سائل إلى صلب أثناء تجميدها.

من المثير أن تدرك أن كل ندفة ثلجية يتم التقاطها على لسانك تحتوي على بذرة.

ما هو دور البكتيريا في تكوين الثلج وما علاقة ذلك بأمراض النبات؟

بدأت الدراسات العلمية على علاقة البكتيريا بالتجمد الذي يصيب بعض النباتات في قسم امراض النبات بجامعة كاليفورنيا ديفيز في عام ١٩٨٠ وقد زارنا في كانساس الاستاذ الباحث في هذا المجال وقدم محاضرة عن رؤيته ونتائج بحثه التى تؤكد ان البكتيريا الموجودة على اوراق النبات تزيد من سرعة تكوين الثلوج على النبات ويتفاقم بهذا ضررها للنبات.

هذه كانت الفكرة الاولي عن دور البكتيريا في التجمد وتتابعت الابحاث في هذا الموضوع حتى الآن.

وجد ان اجناس البكتيريا تختلف في سرعة ومعدل تكوين البلورات الثلجية عموما.

والاكثر إثارة هو إثبات ان البكتيريا السبب الرئيسى فى تكوين بلورات الثلوج اينما وجدت والمدهش انها تشجع تكوين الثلوج على درجات حرارة عالية نسبيا (-8 درجة مئوية إلى -2 درجة مئوية).

وجد ان الأكثر تأثيرًا في أنواع البكتيريا: Erwinia و Pseudomonas و Xanthomonas

ولكن لماذا تكون هذه البكتيريا فعالة للغاية في تجميد الماء؟

دلت الابحاث على ان كل البكتيريا التى تسبب تجمد الماء سريعا تحت درجات مرتفعة نسبيا تمتلك غشاء بروتيني يسبب تغيير هيكلي في ذرات الماء يساعد الى تجمع جزيئات الماء والتصاقها ببعضها لتشكل مادة صلبة ( المادة عموما تكون صلبة Solid أو سائلة Liquid أو غازية Gas وهذا تتحكم فيه درجة الحرارة والضغط وتركيب الجزيء).

لفهم كيفية تحفيز البروتينات البكتيرية على تكوين بلورات الجليد ، ركز الباحثون على بكتيريا Pseudomonas syringae النشطة في الجليد.

علاج البكتيريا بالثلج

يمكن أن تؤدي هذه البكتيريا إلى تكوين الجليد في قطرات الماء بدءًا من -2 درجة مئوية ، بينما يؤدي الغبار المعدني عادةً إلى عملية التجميد تحت -15 درجة مئوية فقط. نظرًا لقدرتها العالية على نواة الجليد ، يتم استخدام حقن Pseudomonas المثبطة لإنتاج الثلج الاصطناعي في المنتج التجاري “Snomax”.

يُعتقد أن البكتيريا تستخدم مهارتها في بلورة الثلج لهدفين هما التنقل والتغذية.

التنقل: تنتشر البكتيريا في الجو ولا يخلو لتر واحد من الهواء من البكتيريا والفطريات والعوالق الاخري، وإذا كانوا قادرين على تجميد الماء من حولهم ، على سبيل المثال أثناء وجودهم في سحابة ، فيمكن عندئذٍ نقلهم مرة أخرى إلى الأرض بحثًا عن طعام فى شكل برد أو رقائق الثلج.

التغذية: يمكن لهذه الميكروبات المسببة للأمراض النباتية الفريدة الآن استخدام قدرتها العجيبة على التجميد للمرة الثانية.

بمجرد هبوط الميكروب على ورقة ، يستخدم بروتينًا خاصًا على جدارها الخارجي لتكوين بلورات ثلجية على سطح ورقة النبات وبمجرد إدخال الجليد في الخلية النباتية ، ينفجر الغشاء الخلوي .

إنها نفس الطريقة بالنسبة للمياه التي تدخل في شقوق الطريق ، بمجرد تجميد الماء تتمزق خرسانة او اسفلت الطريق.

الآن بعد أن قامت البكتيريا بتكسير جدا الخلايا ، يمكنها أن تتغذى على العناصر الغذائية الغنية بين الخلايا.

من أكثر الأشياء المدهشة أن العلماء يقدرون أن 40٪من الانوية المحتملة لتجميد الماء في الغلاف الجوي عضوية التركيب.

وقد وجد أيضًا أن القطاعات العرضية للنبات يمكن أن تحتوي على ألف بكتيريا قابلة للحياة لكل مليلتر.

بدون المواد العضوية والجزيئات المجهرية الأخرى ، سيكون من الصعب الحصول على الجليد.

التطبيقات المحتملة لهذه الخاصية:

للأنوية البكتيرية تطبيقات تجارية وعملية حقيقية في علوم الأغذية والطب وتعديل محتمل للطقس.

لذا في المرة القادمة التي تملأ فيها كأسك بالثلج ، فكر في الكائنات الموجودة بداخلها والتي جعلت هذا الثلج ممكنًا!

نقلا عن صفحة د. محمد المليجي الشخصية على فيس بوك