كيف تمنع ميكروبات المحيط تسرب الميثان إلى الغلاف الجوي

الميثان في المحيطات لا يصل إلى الغلاف الجوي بسهولة. أظهرت دراسة حديثة مراجعة من قبل النظراء كيف تقوم شراكة دقيقة على قاع البحر بنقل الإلكترونات بين الخلايا للحد من تسرب هذا الغاز.

معظم الميثان المتكون في الطين البحري لا يصل للجو بفضل الميكروبات التي تتغذى عليه في غياب الأكسجين.

هذه “الفلتر الحي”، المعروف لدى العلماء منذ سنوات، أصبح مفهومًا أكثر الآن بفضل قياسات المختبر التي رصدت تبادل الإلكترونات ضمن الشراكة، وقاد هذا البحث الدكتور هانج يو من جامعة بكين.

كيف تمنع ميكروبات قاع البحر الميثان

الميثان غاز قوي لاحتجاز الحرارة، ومع ذلك تعمل رواسب المحيطات كمصيدة تمنعه من الهروب.
وضع استعراض شامل هذه العملية، المسماة “أكسدة الميثان اللاهوائية”، في قلب ميزانية الميثان البحرية.

في قلب هذه العملية توجد عتائق الميثان اللاهوائية التي تزيل الميثان في المناطق الخالية من الأكسجين. تتعاون هذه العتائق مع بكتيريا مختزلة الكبريتات التي تتنفس الكبريتات بدلاً من الأكسجين، وفق دراسة حديثة في Science Advances.

غالبًا ما تتجمع هذه الشركاء في مجموعات محكمة على قاع البحر، حيث يبدأ فريق واحد الكيمياء ويكملها الفريق الآخر.

كيف تقسم ميكروبات العمل

تقوم العتائق باستخلاص الإلكترونات من الميثان، ما يتركها بحاجة لتوصيل هذه الإلكترونات إلى مكان آخر.
تتولى البكتيريا الشريكة قبول الإلكترونات واستخدام الكبريتات كمرحلة نهائية للتفاعل، وهو تفاعل أكسدة واختزال كلاسيكي يحافظ على نشاط كلا الطرفين.

قال يو: “تعمل هذه الشراكات الميكروبية كحراس طبيعيين، وتلعب دورًا أساسيًا في الحد من إطلاق الميثان في المحيط والغلاف الجوي”.

حركة الإلكترونات بين الميكروبات

جمع الباحثون عينات من مصبات الميثان قرب البحر الأبيض المتوسط، وحوض جوايماس، وسواحل كاليفورنيا، ثم اختبروا المجتمعات في المختبر.
وضعت مجموعات الخلايا على ميكروأقطاب لرصد الإشارات الكهربائية، التي أظهرت خاصية أكسدة واختزال ثابتة وتحرك الإلكترونات عبر فجوات صغيرة جدًا بين الخلايا، معتمدة على البروتينات كممر رئيسي للتيار.

أهمية النقل الكهربائي

أفضل تفسير هو سلسلة من المركبات المرافقة المرتبطة بالبروتينات التي تنقل الشحنة بين الخلايا، وأفضل المرشحين لذلك هي بروتينات متعددة الهيم (Multiheme Cytochrome c).

تحسين النماذج

هذا العمل يربط خدمة بيئية معروفة بنظام جزيئي محدد، ويوضح لماذا تحتاج الخلايا للبقاء متقاربة لضمان كفاءة تبادل الإلكترونات. يمكن للنماذج المستقبلية لدورة الميثان أن تشمل النقل الإلكتروني المعتمد على البروتين بدلًا من الافتراض بوجود ناقلات كيميائية غير مرئية.

التحكم في الميثان

الطبيعة تتحكم بالفعل في الميثان عند قاع البحر، فهم آلية نقل الإلكترونات يساعد في دعم نفس الكيمياء في أنظمة مصطنعة مثل المفاعلات الحيوية أو مواقع تسرب الآبار.
لا يوجد حل سريع؛ تنمو هذه المجتمعات ببطء وتعتمد على الكيمياء المحلية، لذلك تحويل النتائج المختبرية إلى تطبيق ميداني يحتاج لتجارب دقيقة، لكن معرفة أن البروتينات هي مفتاح التوصيل يحدد هدفًا للمتابعة والتصميم المستقبلي.