الغبار الصحراوي القادم من الصحراء الكبرى ينقل بكتيريا غريبة إلى غابات الأمازون

كشفت دراسة علمية حديثة، أن الغبار القادم من الصحراء الكبرى يحمل مجتمعات بكتيرية مميزة عبر المحيط الأطلسي إلى غابات الأمازون المطيرة، حيث يتزامن وصوله مع ارتفاع مستويات السموم البكتيرية المحمولة جوًا إلى نحو 3 أضعاف معدلاتها المعتادة.

وأظهرت الدراسة أن العواصف الترابية العابرة للمحيط لا تنقل الجسيمات المعدنية والعناصر الغذائية فقط، بل تحمل أيضًا كائنات دقيقة ومواد بيولوجية من التربة والبيئات البحرية، بما يؤدي إلى تغير واضح في المجتمعات البكتيرية الموجودة في هواء الغابات المطيرة.

وأُجريت الدراسة بقيادة الباحثين ينس ويبر وبيتينا ويبر، من جامعة جراتس في النمسا، بالتعاون مع باحثين من معهد ماكس بلانك للكيمياء، وشبكة من المؤسسات البحثية البرازيلية.

ونُشرت الدراسة في دورية «Communications Earth & Environment» العلمية.

وجمع العلماء عينات الهباء الجوي من مرصد برج الأمازون الطويل (ATTO)، وهو برج بحثي يبلغ ارتفاعه 325 مترًا، وتحيط به مئات الكيلومترات من الغابات المطيرة الأولية المتصلة داخل محمية أوماتو للتنمية المستدامة في البرازيل.

سحابة غبار تحمل كائنات دقيقة عبر المحيط الأطلسي

تُعد الأراضي الجافة في أفريقيا أكبر مصدر منفرد للغبار على مستوى العالم، إذ تطلق ما بين 11 و15 تيراجرامًا من الجسيمات المعدنية إلى الغلاف الجوي سنويًا، وهو ما يعادل نحو نصف إجمالي الغبار العالمي.

وتعبر هذه السحب الترابية المحيط الأطلسي بصورة منتظمة، حاملة معها عناصر غذائية مهمة، من بينها الفوسفور والحديد، التي تسهم في إثراء تربة حوض الأمازون ودعم نمو النباتات فيه.

لكن ما لم يكن واضحًا بصورة كافية هو طبيعة الكائنات الدقيقة التي يحملها هذا الغبار، وكيف يؤثر وصولها في مكونات الهواء فوق الغابات المطيرة.

وللإجابة عن هذه التساؤلات، وضع الفريق البحثي أجهزة لجمع عينات الغبار والهباء الجوي بكميات كبيرة على ارتفاعين داخل برج الأمازون؛ الأول عند 42 مترًا، داخل مستوى الغطاء النباتي للغابة، والثاني عند 323 مترًا، فوق مستوى الغطاء الشجري.

وجمع الباحثون عينات يومية خلال الفترة من 10 فبراير إلى 2 مارس 2020، ثم أجروا تحليلات جينية لتحديد طبيعة المجتمعات البكتيرية والفطرية الموجودة في العينات.

ووقعت موجة الغبار الصحراوي خلال خمسة أيام، من 18 إلى 22 فبراير، وأكدت نماذج تتبع المسارات الجوية العكسية أن الكتل الهوائية التي وصلت إلى المنطقة كانت قادمة من شمال أفريقيا.

وسجلت الدراسة تغيرًا كبيرًا في تركيز الجسيمات العالقة بالهواء، إذ ارتفع متوسط كتلتها بنحو 8 أضعاف تقريبًا، من حوالي 2.7 ميكروجرام لكل متر مكعب في الظروف المعتادة إلى أكثر من 21 ميكروجرامًا خلال موجة الغبار، فيما بلغت الذروة 45.78 ميكروجرام لكل متر مكعب.

كما أظهرت القياسات أن محتوى الجسيمات من الكالسيوم يتوافق مع خصائص الغبار المعدني القادم من الصحراء الكبرى.

تغير واضح في المجتمعات البكتيرية داخل الأمازون

في الظروف المعتادة، كانت المجتمعات البكتيرية عند ارتفاع 42 مترًا تعكس بصورة أساسية المصادر المحلية الموجودة داخل الغابة، بما في ذلك الكائنات الدقيقة المرتبطة بلحاء الأشجار والأوراق والأشنات.

أما على ارتفاع 323 مترًا، فكانت العينات تتضمن نسبة أكبر من المواد والكائنات الدقيقة القادمة من مسافات بعيدة.

لكن مع وصول الغبار الصحراوي، تقاربت المجتمعات البكتيرية عند الارتفاعين بصورة ملحوظة، وأصبحت أكثر تشابهًا، مع ظهور كائنات ترتبط بتربة المناطق الجافة والقشور البيولوجية للتربة والبيئات البحرية.

وأصبحت البكتيريا القادرة على تكوين الأبواغ الداخلية، التابعة لشعبة «Bacillota»، التي كانت تمثل مكونًا محدودًا في الظروف الطبيعية، من أبرز المجموعات البكتيرية الموجودة عند كلا الارتفاعين خلال موجة الغبار.

كما حدد الباحثون بصمة مميزة لبكتيريا تنتمي إلى أجناس ترتبط بالتربة البرية، من بينها «Clostridium» و«Brevibacillus» و«Tumebacillus».

ورصد العلماء أيضًا بكتيريا زرقاء ترتبط بالقشور البيولوجية للتربة، من بينها «Schizothrix» و«Trichocoleus».

ولم تقتصر الكائنات الدقيقة الوافدة على بكتيريا التربة، إذ كشفت العينات عن وجود بكتيريا بحرية من جنس «Synechococcus»، جرى رصدها على مسافة تقارب ألف كيلومتر من أقرب خط ساحلي، وهو ما يعكس قدرة سحابة الغبار على التقاط كائنات دقيقة من المحيط خلال رحلتها عبر الأطلسي.

الفطريات لم تتأثر بوصول الغبار الأفريقي

وعلى النقيض من التغيرات الواضحة في المجتمعات البكتيرية، لم تُظهر المجتمعات الفطرية تغيرًا يُذكر مع وصول الغبار الصحراوي.

وظلت الفطريات التابعة لشعبة «Basidiomycota»، المعروفة بدورها في تحليل الأخشاب والمواد النباتية، هي المجموعة السائدة عند كلا الارتفاعين قبل موجة الغبار وأثناءها وبعدها.

وعند ارتفاع 42 مترًا، شكلت هذه الفطريات 93.8% من إجمالي التسلسلات الجينية الفطرية التي جرى رصدها.

ويرجح الباحثون، أن وفرة الأبواغ الفطرية المحلية داخل الغابة حجبت أي تأثير محتمل للمواد الفطرية القادمة من أفريقيا، وهو ما قد يفسر عدم ظهور تغير واضح في تركيب المجتمعات الفطرية.

وقالت الباحثة بيتينا ويبر، إن التربة في المناطق الجافة والصحراوية تستعمرها إلى حد كبير مجتمعات من الكائنات الدقيقة تُعرف باسم القشور البيولوجية للتربة.

وأضافت، أن التحليل الجيني أظهر تطابق البكتيريا المكتشفة مع كائنات دقيقة من الصحراء الكبرى، وهو ما يؤكد انتقالها من القشور البيولوجية للتربة في أفريقيا عبر المحيط الأطلسي بفعل الرياح وصولًا إلى الغابات المطيرة في البرازيل.

ارتفاع السموم البكتيرية المحمولة جوًا 3 أضعاف

ومن بين أبرز النتائج التي توصلت إليها الدراسة، رصد ارتفاع كبير في تركيز السموم الداخلية البكتيرية (Endotoxins)، وهي مواد تُعرف علميًا باسم عديدات السكاريد الشحمية، وتوجد في الأغشية الخارجية للبكتيريا سالبة الجرام، وتتحرر عند موت هذه البكتيريا وتحللها.

وتتميز هذه السموم باستقرارها الكيميائي ومقاومتها للحرارة، كما يمكنها تحفيز الاستجابات الالتهابية داخل جسم الإنسان.
وأظهرت القياسات عند ارتفاع 323 مترًا ارتفاع تركيز السموم الداخلية البكتيرية إلى نحو 3 أضعاف خلال موجة الغبار، إذ زادت من 0.45 وحدة سموم داخلية لكل متر مكعب إلى 1.27 وحدة، بينما سجلت ذروة بلغت 2.10 وحدة لكل متر مكعب.

كما رصد الباحثون ارتباطًا وثيقًا بين تركيز هذه السموم وكتلة الجسيمات الخشنة العالقة في الهواء.

وأرجع الفريق البحثي هذه الإشارة إلى مصدرين رئيسيين للبكتيريا سالبة الجرام، هما المواد الميكروبية الميتة القادمة من تربة المناطق الجافة في أفريقيا، وبقايا جدران الخلايا البكتيرية البحرية التي التقطتها سحابة الغبار خلال عبورها المحيط.

وقال الباحث ينس ويبر إنه فوجئ بالكمية الكبيرة من السموم الداخلية الموجودة في الهواء.

وأشار إلى أن دراسات سابقة في منطقة البحر الكاريبي أظهرت زيادة نوبات الربو عند وصول الغبار الصحراوي القادم من الصحراء الكبرى، موضحًا أن مدى وجود علاقة مماثلة في منطقة الأمازون لا يزال بحاجة إلى مزيد من البحث والتحقيق.

وتكتسب هذه النتائج أهمية بيئية وصحية، ليس فقط بالنسبة إلى النظام البيئي للغابات المطيرة، وإنما أيضًا بالنسبة إلى نحو 3.9 مليون شخص يعيشون في ولاية أمازوناس البرازيلية، إلى جانب المجتمعات المقيمة على ضفاف الأنهار والمناطق الساحلية الواقعة في مسار سحب الغبار.

هل تنجو البكتيريا من رحلة العبور عبر الأطلسي؟

ورغم تحديد أنواع البكتيريا والمواد البيولوجية التي تحملها سحب الغبار، لا تزال هناك تساؤلات علمية مهمة بشأن قدرة هذه الكائنات على البقاء حية خلال رحلتها الطويلة من أفريقيا إلى أمريكا الجنوبية.

فالدراسة لم تتمكن من تحديد ما إذا كانت البكتيريا التي وصلت إلى الأمازون لا تزال حية أم ميتة، إذ إن تقنية التسلسل الجيني المستخدمة لرصد أجزاء الحمض النووي للكائنات الدقيقة يمكنها اكتشاف المادة الوراثية سواء كانت الخلايا حية أو ميتة.

ومع ذلك، فإن السموم الداخلية البكتيرية قادرة على تحفيز الاستجابات المناعية والالتهابية حتى بعد موت البكتيريا، ما يعني أن التأثيرات المحتملة لهذه المواد لا تتوقف بالضرورة على بقاء الكائنات الدقيقة حية.

أما قدرة البكتيريا نفسها على النجاة من التعرض للأشعة فوق البنفسجية والجفاف والتقلبات الحرارية خلال رحلة تستمر نحو 10 أيام فوق المحيط الأطلسي، فهي مسألة منفصلة لم تحسمها الدراسة.

ويخطط الفريق البحثي لإجراء دراسات متابعة باستخدام المجهر الفلوري وتقنية قياس التدفق الخلوي، بهدف اختبار مدى حيوية الكائنات الدقيقة التي تحملها سحب الغبار بصورة مباشرة.

هل يحمل الغبار الصحراوي مسببات للأمراض؟

وفيما يتعلق بالمخاطر الصحية المحتملة، لم ترصد الدراسة زيادة في البكتيريا الممرضة إجبارية التطفل خلال موجة الغبار.

لكن الباحثين لاحظوا ارتفاع بعض الأجناس البكتيرية الانتهازية، من بينها «Staphylococcus» و«Clostridium»، عند ارتفاع 323 مترًا.

ومع ذلك، فإن تحديد البكتيريا على مستوى الجنس فقط لا يكفي لإثبات وجود أنواع مسببة للأمراض، إذ يتطلب ذلك تحليلات أكثر تفصيلًا لتحديد الأنواع والسلالات البكتيرية الموجودة.

وبناءً على ذلك، تشير النتائج إلى أن الغبار الصحراوي ينقل بكتيريا مرتبطة بالتربة وبقايا بيولوجية قادرة على تحفيز الاستجابات المناعية، أكثر مما تشير إلى انتقال أعداد كبيرة من مسببات الأمراض المعدية.

ويظل التمييز بين هذه التأثيرات مهمًا لفهم التداعيات البيئية والصحية للغبار العابر للقارات، في انتظار استكمال اختبارات حيوية الكائنات الدقيقة.