هل تستطيع الطحالب امتصاص كميات كبيرة من الكربون للمساعدة في إنقاذ الكوكب؟

لقد عثر فريق دولي من العلماء، من الشواطئ الشرقية للولايات المتحدة إلى الطرف الجنوبي لإيطاليا، على اكتشاف مثير – سلالة جديدة من البكتيريا الزرقاء تسمى Chonkus والتي تزدهر على ثاني أكسيد الكربون (CO2) وتستقر بسهولة في الماء.

تم اكتشاف هذه الطحالب الفريدة، والتي يطلق عليها اسم “تشونكس”، قبالة جزيرة فولكانو في صقلية، حيث يتوافر ثاني أكسيد الكربون البحري بكثرة بفضل الفتحات البركانية الضحلة.

نُشرت الدراسة في مجلة Applied and Environmental Microbiology .

وكان الفريق مهتمًا بفكرة ما يحدث عندما تتم إزالة القيود العادية على ثاني أكسيد الكربون، وهي البيئة التي قد تتمتع فيها الكائنات الحية بالقدرة على تضخيم نموها.

الطحالب

الطحالب تزدهر في البيئات الغنية بالكربون

كان الدكتور ماكس شوبيرت، أحد العلماء العاملين في معهد وايس بجامعة هارفارد عندما تم إجراء البحث، وهو الآن العالم الرئيسي للمشروع في Align to Innovate.

وأشار الدكتور شوبيرت إلى أن “الكربون المذاب مخفف نسبيًا مقارنة بجميع الجزيئات الأخرى في المحيط، وهذا يحد من نمو الكائنات الحية الضوئية التي تعيش هناك”، قائلا “قررنا التحقيق في ما يحدث عندما نخفف من هذا العامل المحدد من خلال الذهاب إلى مكان يحتوي على الكثير من الكربون، حيث قد تتطور لدى بعض الكائنات الحية القدرة على استخدامه لتحفيز نموها.”

ولكن الفريق اكتشف كائناً حياً يتحدى هذا القيد، ويعتقد الدكتور شوبرت أن تشونكيوس يتمتع بخصائص مثيرة قد تكون مفيدة للبشر.

الطحالب

نقل المحيط إلى المختبر

بدأت القصة قبل تسع سنوات عندما شارك الدكتور شوبيرت والدكتور برادن تيرني في مختبر في كلية الطب بجامعة هارفارد( HMS )، تحت إشراف الدكتور جورج تشرش.

ركز الدكتور شوبرت على ابتكار أدوات للتطور الموجه للبكتيريا، ووسّع أبحاثه، وفي عام 2019، فاز بمقترح في ندوة اتحاد HMS لعلم الوراثة الفضائية حول تغير المناخ، مما سمح له باستكشاف البكتيريا الزرقاء.

وفي الوقت نفسه، ركز الدكتور تيرني أنظاره على استكشاف الميكروبات التي تعيش في التسربات الضحلة، فتعاون مع علماء من جامعة باليرمو في صقلية واستفاد من خبرة الدكتور شوبرت لفهم البكتيريا الزرقاء.

وما تلا ذلك كان رحلة استكشافية جمعت طاقمًا متنوعًا من العلماء من مؤسسات تتراوح من معهد وايس، وHMS، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، إلى المختبر الوطني للطاقة المتجددة في كولورادو، إلى جانب العديد من المؤسسات الإيطالية.

بحر من الاحتمالات

وفي أثناء خوض الفريق في المياه الغنية بثاني أكسيد الكربون قبالة ساحل فولكانو، جمعوا عينات من المياه ثم نقلوها إلى بوسطن، وهناك، قام الدكتور شوبيرت وفريقه بعزل الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش داخلها ودراستها.

بدأت الرحلة بإعادة إنشاء بيئة تسمح للبكتيريا الزرقاء بالازدهار- الكثير من الضوء والدفء وثاني أكسيد الكربون.

النتيجة؟ سلالتان من البكتيريا الزرقاء سريعة النمو: UTEX 3221 وUTEX 3222 تم اختيار Chonkus، المعروفة سابقًا باسم UTEX 3222، بسبب نموها أحادي الخلية، مما يجعل من السهل مقارنتها بالسلالات الموجودة.

الطحالب

استخدام الطحالب لحجز الكربون

تتمتع Chonkus بالعديد من السمات المثيرة للاهتمام، بما في ذلك حبيبات تخزين غنية بالكربون داخل خلاياها، ومستعمرات كبيرة، ومحتوى كربون أعلى، والأهم من ذلك، ميل طبيعي للغرق بسرعة في الماء.

وقال الدكتور تيرني: “إن العديد من السمات التي لاحظناها في تشونكو ليست مفيدة بطبيعتها في بيئتها الطبيعية، ولكنها مفيدة جدًا للبشر”.

وأضاف “تنمو الكائنات المائية بشكل طبيعي عند كثافة منخفضة للغاية، ولكن القدرة على النمو إلى كثافة عالية في درجات حرارة أعلى مفيدة للغاية في البيئات الصناعية التي نستخدمها لتصنيع العديد من السلع والمنتجات، ويمكن أن تساعد في عزل المزيد من الكربون.”

الإمكانات التي تتجاوز عزل الكربون

ويشعر الفريق بالحماس إزاء التطبيقات المحتملة للطحالب خارج نطاق احتجاز الكربون، فبفضل نمط نموها السريع والكثيف، يمكن استخدام تشونكس لإنتاج سلع أكثر كفاءة مثل أحماض أوميجا 3 الدهنية، ومضادات الأكسدة أستازانتين، والسبيرولينا.

ومن خلال الاستفادة من قدرة البكتيريا الزرقاء على امتصاص الكربون من محيطها، يمكن ربط عمليات عزل الكربون والتصنيع الحيوي بسلاسة.

وقد أدى البحث إلى تأسيس منظمة غير ربحية تسمى مشروع الحدودين، والتي تهدف إلى دراسة كيفية ازدهار الحياة في البيئات القاسية واستكشاف التطبيقات المحتملة في احتجاز الكربون، وإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون لإنتاج منتجات مستدامة، واستعادة النظام البيئي المرجاني.

ويشيد الدكتور تشرش بالإمكانات الهائلة التي تتمتع بها سلالات البكتيريا الزرقاء المتطورة بشكل طبيعي، ويشدد على أهمية الحفاظ على السيطرة على هذه التجارب.

أهمية الدراسة

يبدو أن الاستفادة من الطبيعة هي جوهر الابتكارات الرائعةـ ويؤكد الدكتور دون إنجبر، المدير المؤسس لمعهد وايس، على هذا الشعور.

وقال الدكتور إنجبر: “أنا فخور بهذا الفريق لخروجه من المختبر والبحث عن أفضل أفكار الطبيعة التي طوروها بالفعل”، “يعد هذا مثالاً رائعًا لكيفية سعي مبادرتنا الجديدة للمستقبل المستدام إلى اتباع أساليب خارج الصندوق لمواجهة تغير المناخ – التحدي الأكبر الذي يواجه جيلنا.”