من المطبخ إلى المختبر.. الخميرة تفتح آفاقًا لفهم مستقبل التنوع البيولوجي

قد تبدو الخميرة عادية للوهلة الأولى، إذ يعرفها معظمنا بأنها أساس الخبز والمشروبات، إلا أن لهذه الكائنات الدقيقة أسرارًا أعمق مما يبدو.
تكشف دراسة جديدة أن التنوع الجيني وتحمل درجات الحرارة مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، مما يوفر رؤى مثيرة حول قدرة أنواع معينة على التحمل في عالم سريع التغير.
وقد جاءت هذه النتائج من عمل قادته جينيفر مولينيت وريك شيلكنز، الباحثان في قسم علم الحيوان بجامعة ستوكهولم.

الخميرة أداة لدراسة التطور

الخميرة كائن دقيق ينتمي إلى مملكة الفطريات، ولطالما كانت أساسية في عمليات الطهي والتخمير التي مارسها البشر لقرون.
ويستخدمها العلماء أيضًا في المختبرات لدراسة أسئلة كبيرة في علم البيئة والتطور، نظرًا لتكاثرها السريع وسهولة نموها في ظروف خاضعة للرقابة.

وقد مكّنت هذه الصفات الباحثين من رصد تطور التكيف على مدى 600 جيل، حيث وفّر ارتفاع درجات الحرارة من 77 إلى 104 درجات فهرنهايت نموذجًا لمحاكاة الاحتباس الحراري المستقبلي.

وسمح هذا الإعداد بمراقبة كيفية تعامل ثمانية أنواع مختلفة من الخميرة، لكل منها تاريخ تطوري فريد، مع الظروف الحارة دون مغادرة المختبر.

استجابة الخميرة للحرارة

تابع الفريق نمو هذه الأنواع وراقب تطورها، وسجّل تغيرات تحملها للحرارة، وجمع بيانات حول أدائها في مراحل مختلفة من طيف الحرارة.
وقد قدمت هذه الملاحظات نافذة على التطور التجريبي، حيث يمكن أن تتراكم التغيرات الصغيرة لتشكل فروقًا ملحوظة.

قالت مولينيت: “وجدنا أن الأنواع المختلفة تستخدم استراتيجيات تطورية مختلفة للتكيف مع الحرارة؛ بعض الأنواع، التي تتحمل الحرارة بالفعل، لم تُحسّن أداءها بل وسّعت نطاق درجات الحرارة التي تحتملها”.

وأضافت: “استطاعت أنواع أخرى، أكثر تكيفًا مع البرد، تحمّل درجات حرارة أعلى، لكن ذلك جاء على حساب انخفاض عام في لياقتها البدنية”. ولم يظهر مسار تكيف موحّد بين جميع الأنواع.

قدرات الخميرة المتباينة

برعت بعض الأنواع في تحمل الحرارة، لكنها خسرت في مجالات أخرى. أما الأنواع الباردة، فقد استطاعت بلوغ أقصى طاقتها، لكنها ضحّت بأقصى معدل للنمو في المقابل.

يشير هذا النمط إلى احتمال وجود تنازلات تواجهها أي مجموعة سكانية عند تغيّر البيئة. فبعض الأنواع زادت قدرتها على التحمل دون تعزيز نموها في الحرارة، بينما رفع آخرون حدودهم للدفء لكنهم فقدوا كفاءتهم عند ذروة النمو.
وقد يكون هذا التمييز بالغ الأهمية عند التنبؤ بأداء التنوع البيولوجي في بيئات متغيرة.

الاحتباس الحراري والتنوع البيولوجي

يُعدّ التنوع البيولوجي عنصرًا أساسيًا في النظم البيئية حول العالم. وتُظهر دراسات كهذه كيف يمكن للكائنات الحية التكيف مع الضغوط المناخية.

تشير النتائج إلى أن الأنواع المُهيأة للمناخات الدافئة قد تتحسن، بينما قد تواجه الأنواع المحبة للبرودة صعوبة في التأقلم.
وقد تُحدث التغيرات الجينية البسيطة فرقًا كبيرًا في استجابات الأنواع، مما قد يؤدي إلى تغييرات بيئية جذرية مع الوقت.

الخميرة وتغير المناخ: دروس مستفادة

درس الفريق كائنات أخرى أيضًا، مثل خنافس البذور، لرصد كيف تتكيف الكائنات المختلفة — من الفطريات إلى الحشرات — مع الظروف المتطرفة.
ويعتمد كل شيء على مدى قدرة الكائن الحي على مجاراة التطور. فالتنوع الجيني هو الأساس الذي يُمكّن المجتمعات من التكيف، وكلما زاد هذا التنوع، زادت فرص البقاء.

رؤية مستقبلية عبر الخميرة

تُبرز الدراسة المسارات الفريدة التي تسلكها الكائنات الدقيقة في استجابتها لتغير المناخ. وقد يساعد هذا على التنبؤ بكيفية تغيّر سلوك الميكروبات — وحتى مسببات الأمراض — في المستقبل.
فالتكيف ليس أمرًا موحدًا؛ فقد توسع بعض الكائنات نطاق درجات حرارتها، في حين يغير آخرون منطقة نموهم المثالية، ما قد يؤدي إلى تغيرات جذرية في النظم البيئية.

الجينات تحدد المستقبل

مع ارتفاع درجات الحرارة، يبقى التاريخ الجيني المحدد الرئيسي لقدرة الكائنات على التكيف. إذ يحمل كل نوع توقيعًا جينيًا فريدًا يمثل ذاكرة بيئية من الماضي.
وبينما تكون بعض الأنواع مهيأة بشكل أفضل، قد يجد البعض الآخر نفسه في موقف غير مواتٍ إذا تغيّرت الظروف بعيدًا عن ما عرفه أسلافه.

البحث مستمر

توفر التجارب على الخميرة وسيلة قوية لفهم كيفية استجابة اللبنات الأساسية للحياة لتغير المناخ.
ولا يزال هناك الكثير لاكتشافه حول الآليات الجينية وراء تحمّل الحرارة، وتأثير التنازلات على فرص البقاء.

وقد تساهم هذه المعرفة في الحفاظ على الأنواع المهددة بالانقراض، وربما تطوير سلالات مفيدة في مجالات الطب والزراعة.
وفي نهاية المطاف، فإن المتابعة المستمرة لهذه التطورات قد تكون المفتاح لحماية مستقبلنا.

وقد نُشرت الدراسة في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.