الفيروسات تكشف عن طبقة أكسجين مخفية تحت سطح المحيط

العلماء يسلطون الضوء على طبقة أكسجين مخفية تحت سطح المحيط، مدعومة بعملية بيولوجية غير متوقعة.

في بحر سارجاسو، تتبع الباحثون الميكروبات ليلاً ونهارًا للكشف عن كيفية مساهمة النشاط الفيروسي في بناء هذه الطبقة تحت السطح.

الدراسة منشورة في Nature Communications، استمرت عمليات أخذ العينات الليلية على متن سفينة Atlantic Explorer مع تتبع أجهزة الاستشعار لدرجة الحرارة ومستوى الأكسجين في نفس كتلة المياه.

تم تحليل العينات المجمدة لاحقًا في جامعة تينيسي في نوكسفيل، بقيادة الدكتور ستيفن ويلهيلم، المختص بدراسة الفيروسات البحرية والمغذيات.

سمحت عمليات أخذ العينات المستمرة ضمن دراسة BATS برصد التغيرات اليومية بدلًا من الاعتماد على المتوسطات.

البحر المليء بالتيارات

بعيدًا عن الشاطئ، يقع بحر سارجاسو على بعد نحو 600 ميل شرق فلوريدا، محتجزًا ضمن تيارات الأطلسي، يحافظ التراكم الطبقي خلال الأشهر الدافئة على فصل المياه السطحية عن الأعماق، ما يترك محيطًا فقيرًا بالمواد المغذية.

خلال رحلة أكتوبر 2019، ساهم هذا التراكم في تكوين نطاق ضيق بمستويات أكسجين أعلى من المياه المحيطة.

تأتي معظم الأكسجين في هذا النطاق من Prochlorococcus، ميكروب ضوئي دقيق شائع في المحيطات المفتوحة، تنتج هذه الخلايا الأكسجين أثناء التركيب الضوئي باستخدام ضوء الشمس لتحليل الماء وتحويل الكربون إلى سكريات.

نظرًا لصغر حجمها، يمكنها الازدهار حتى في ظروف فقيرة بالمواد المغذية، ما يجعلها هدفًا جذابًا للفيروسات.

عندما تُصاب الخلايا بالفيروسات

تبدأ العدوى عندما يلتصق الفيروس بالخلية ويحقن تعليماته الوراثية، مستوليًا على آلية الخلية، بعد النسخ، غالبًا ما تسبب العدوى تمزق الخلية وإطلاق محتوياتها، بما فيها المركبات الكربونية والمواد المغذية التي يمكن للبكتيريا المجاورة الاستفادة منها بسرعة.

حلقة إعادة التدوير المختصرة

يُعرف هذا التحويل بـ Viral Shunt منذ عام 1999، حيث توجه الفيروسات المواد الخلوية إلى مغذيات مذابة يستفيد منها الميكروبات، ويشكل ذلك الحلقة الميكروبية، تبادل سريع للمواد بين الميكروبات.

تربط الدراسة الجديدة بين هذين المفهومين، موضحةً كيف يسرّع النشاط الفيروسي إعادة التدوير في طبقة تحتوي على أكسجين إضافي.

أين يتكون الأكسجين بهدوء

يقع ذروة الأكسجين في Subsurface Oxygen Maximum، طبقة رقيقة بمستويات أكسجين أعلى من الأعماق المجاورة، تم رصد هذه الذروة تحت الطبقة المختلطة السطحية، حيث تجمع حركة الرياح المياه في منطقة واحدة.
تتلقى هذه المنطقة ضوءًا محدودًا، ما يفضل الميكروبات المتكيفة مع الظل مع استمرار بعض التركيب الضوئي.

قراءة الجينات في الوقت الحقيقي

لرصد الميكروبات النشطة، أخذ الباحثون عينات metatranscriptomes، وهي رسائل RNA التي توضح الجينات المستخدمة، أظهرت البيانات استعداد البكتيريا لامتصاص المواد العضوية الناتجة عن الخلايا المتضررة، كما أظهرت جينات تتعلق بالنيتروجين في Prochlorococcus تتماشى مع تلقي الميكروبات للمواد المعاد تدويرها.

حصر العدوى بدل التخمين

أظهرت العد المباشر للفيروسات، بما في ذلك Cyanophages التي تصيب البكتيريا الزرقاء، أنها كانت أكثر وفرة في طبقة الأكسجين، حوالي 7% من Prochlorococcus كانت مصابة هناك، بينما كانت العدوى أقل أعلى وأسفل الطبقة، ما يشير إلى أن هذه المنطقة توفر ظروفًا مناسبة لتكاثر الفيروسات واستمرارها.

الفيروسات تحفز الإنتاجية

قال الدكتور ويلهيلم: “في بعض الأحيان يكون نشاط الفيروسات متعلقًا بتحفيز النمو والإنتاجية بقدر ما يتعلق بالمرض”، أحد أشكال هذا النمو يتم عبر الأمونيا، النيتروجين القابل للاستخدام بسرعة والذي يُطلق عند تحلل البكتيريا لبقايا الخلايا.

إذا زاد تغير المناخ من تراكم الطبقات، قد يتغير توازن إنتاج الأكسجين والتنفس في هذه الطبقات بطرق يصعب التنبؤ بها، ربط العدوى الفيروسية بارتفاع الأكسجين يوضح كيف يمكن للتفاعلات الدقيقة أن تؤثر على طبقات مائية كاملة.

تستمر الدراسات المستقبلية في اختبار تكرار هذه الظواهر في مناطق أخرى وكيفية تأثيرها على ميزانيات الكربون.