البكتيريا الموجودة في البحيرات تساعد في مكافحة تغير المناخ

الميثان هو غاز دفيئة قوي يتم إنتاجه عادة في البيئات البحرية والمياه العذبة، حيث تعد البحيرات مصادر مهمة لإطلاقه في الغلاف الجوي.

وهناك كائنات دقيقة قادرة على التخفيف من حدة هذه المشكلة باستخدام الميثان كمصدر للطاقة والنمو، وبالتالي منع تسربه إلى الغلاف الجوي. وتعمل هذه الكائنات الدقيقة، المعروفة باسم الميثانوتروف، كـ “مرشح بيولوجي” حاسم للميثان.

بكتيريا البحيرة وتنظيم المناخ

تتكون الميثانوتروفات من مجموعات متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة، والتي لا يزال الكثير منها غير مدروس بشكل كاف.

وتسلط دراسة حديثة أجراها باحثون من معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء البحرية الدقيقة في بريمن بألمانيا، بالتعاون مع مؤسسة الأبحاث السويسرية Eawag ، الضوء على القدرات المذهلة لبعض هذه الكائنات الحية ودورها الذي تم تجاهله في تنظيم المناخ.

بكتيريا البحيرة في المياه المحرومة من الأكسجين

في بحثهم، استكشف فريق بقيادة سينا شورن ويانا ميلوكا من معهد ماكس بلانك بحيرة زوغ في سويسرا. هذه البحيرة، التي يبلغ عمقها حوالي 200 متر، خالية من الأكسجين تحت عمق حوالي 120 مترًا.

وعلى الرغم من نقص الأكسجين، اكتشف الباحثون وجود بكتيريا مؤكسدة للميثان الهوائية (MOB) في هذه المياه المحرومة من الأكسجين.

وقد أثارت هذه البكتيريا ، التي تتطلب الأكسجين عادةً للقيام بوظائفها، لغزًا: كيف يمكنها تحليل الميثان في بيئة خالية من الأكسجين؟

وللإجابة على هذا السؤال، قام الفريق بفحص نشاط هذه الكائنات الحية الدقيقة عن كثب. فقد أدخلوا جزيئات الميثان المصنفة بذرات الكربون “الثقيلة” (13C بدلاً من 12C) في عينات مياه البحيرات الطبيعية التي تحتوي على هذه البكتيريا.

وباستخدام أدوات متخصصة تسمى NanoSIMS، تتبع الباحثون مسار الكربون الثقيل داخل الخلايا الفردية.

نتائج الدراسة

وقد أتاحت هذه التقنية لهم مراقبة كيفية تحويل البكتيريا للميثان إلى ثاني أكسيد الكربون، في حين تم دمج بعض الكربون مباشرة في الخلايا البكتيرية. وقد كشفت هذه الطريقة عن الأعضاء النشطين في المجتمع البكتيري.

ومن خلال تقنيات متقدمة مثل الميتاجينوميات والميتاترانسكريبتومات، تمكن الباحثون من استكشاف المسارات الأيضية التي تستخدمها البكتيريا.

ووفقا لشورن، وهو الآن باحث في جامعة جوتنبرج، فإن نتائج الدراسة تظهر أن البكتيريا المؤكسدة للميثان الهوائية تظل نشطة أيضا في المياه الخالية من الأكسجين.

كما قال شورن “ومع ذلك، فإن هذا ينطبق فقط على مجموعة معينة من MOB، والتي يمكن التعرف عليها بسهولة من خلال خلاياها المميزة على شكل قضيب. ولدهشتنا، كانت هذه الخلايا نشطة بنفس القدر في ظل ظروف الأكسجين والخمول، أي مع الأكسجين وبدونه ”

“وبالتالي، إذا قمنا بقياس معدلات أقل لأكسدة الميثان في المياه الخالية من الأكسجين، فمن المحتمل أن يكون ذلك بسبب وجود عدد أقل من هذه الخلايا الخاصة على شكل قضيب وليس لأن البكتيريا أقل نشاطًا”.

استجابة البكتيريا لانخفاض مستويات الأكسجين

وقد أثار تنوع التمثيل الغذائي لهذه المجموعة البكتيرية اهتمام الباحثين، وتقول جانا ميلوكا، رئيسة مجموعة أبحاث الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي في معهد ماكس بلانك: “استنادًا إلى الجينات الموجودة، تمكنا من تحديد كيفية استجابة البكتيريا عندما يصبح الأكسجين نادرًا. لقد وجدنا جينات تُستخدم في نوع خاص من التخمير القائم على الميثان”.

وقد تمت ملاحظة هذه العملية سابقًا في ثقافات البكتيريا المؤكسدة للميثان في المختبر، ولكن لم يتم تأكيد وجودها في البيئات الطبيعية.

كما حدد الباحثون أيضًا العديد من الجينات المرتبطة بإزالة النتروجين، والتي من المرجح أن تمكن البكتيريا من استخدام النترات بدلاً من الأكسجين لإنتاج الطاقة.

غرق الميثان بشكل غير متوقع

وتُعد عملية التخمير جديرة بالملاحظة بشكل خاص، وأوضح ميلوكا: “إذا قامت البكتيريا بالتخمير، فمن المرجح أن تطلق مواد يمكن للبكتيريا الأخرى استخدامها للنمو، وهذا يعني أن الكربون الموجود في الميثان يظل محتفظًا به في البحيرة لفترة أطول من الزمن ولا يصل إلى الغلاف الجوي”.

“يمثل هذا بالوعة لغاز الميثان في البيئات الخالية من الأكسجين والتي لا يتم أخذها في الاعتبار عادةً، وسوف نحتاج إلى تضمينها في حساباتنا المستقبلية.”

تكشف هذه الدراسة عن الكائنات الحية المسؤولة عن تحلل الميثان في البيئات الخالية من الأكسجين وكيف تحدث هذه العملية، وتسلط الضوء على الأهمية غير المتوقعة للبكتيريا المؤكسدة للميثان في التحكم في إطلاق الميثان من مثل هذه البيئات إلى الغلاف الجوي.

أهمية تحلل الميثان بواسطة البكتيريا

وأشار شورن إلى أن غاز الميثان هو غاز دفيئة قوي مسؤول عن حوالي ثلث الارتفاع العالمي الحالي في درجات الحرارة.

وأشار شورن إلى أن “أكسدة الميثان بواسطة الكائنات الحية الدقيقة هي المصدر البيولوجي الوحيد للميثان”. وهذا يعني أن البكتيريا المؤكسدة للميثان ضرورية للسيطرة على انبعاثات الميثان وتنظيم المناخ العالمي.

وقال شورن: “نظرًا للزيادة الحالية والمتوقعة في الظروف الخالية من الأكسجين في البحيرات المعتدلة ، فمن المتوقع أن تنمو أهمية MOB لتحلل الميثان في البحيرات”.

“تشير نتائجنا إلى أن MOB سوف يقدم مساهمة كبيرة في التخفيف من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري وتخزين الكربون في المستقبل.”

ونشرت النتائج في مجلة Nature Communications .