خطوط الهواتف الأرضيّة لدى البكتيريا الزّرقاء

بكتيريا البروكلوروكوكس (Prochlorococcus) هي كائنات دقيقة وحيدة الخليّة، تعيش في المحيط وتنتمي إلى مجموعة البكتيريا الزّرقاء (الزّراقم). من بين ما تتميّز به البروكلوروكوكس، هو قدرتها على القيام بعمليّة التّمثيل الضّوئيّ، أي استخدام ضوء الشّمس لإنتاج السّكّريّات، في عمليّة يُطلق خلالها الأكسجين إلى الغلاف الجوّيّ. لو وضعنا عشرة آلاف بكتيريا بروكلوروكوكس جانبَ بعضها البعض، فإنّ طولها الإجماليّ لن يكون أكثر من نصف سنتيمتر بقليل. ولكن لا تدعوا الحجم الصّغير يخدعكم، لأنّ هذه البكتيريا على ما يبدو من أكثر أنواع البكتيريا شيوعًا الّتي تقوم بالتّمثيل الضّوئيّ في المحيط، وهي مسؤولة – وحدها – عن إنتاج ما بين عُشر حتى خُمس إجماليّ الأكسجين في الغلاف الجوّيّ.

حتّى الآن، كان يُعتقد أنّ كلّ واحدة من بكتيريا بروكلوروكوكس تعيش وحدَها بشكل منفرد. لكنّ دراسةً نشرتها مؤخّرًا مجموعة من الباحثين من جامعة قرطبة في إسبانيا، بقيادة ماريا ديل كارمن مونوز- مارين (Muñoz-Marín)، غيّرت الصّورة. وجدت الدّراسة أنّ هذه البكتيريا تُشكّل أنابيب نانويّة، مصنوعة من غلاف دهنيّ يربط عددًا من بكتيريا بروكلوروكوكس ببعضها البعض، وببكتيريا من مجموعات أخرى، مثل بكتيريا سينيكوكوكس (Synechococcus)، الّتي تقوم هي أيضًا بعملية التّمثيل الضّوئيّ. عادةً يكون طول هذه الأنابيب المجهريّة أطول بقليل من طول بكتيريا واحدة.

بالإضافة إلى ذلك، لاحظ الباحثون أنّ هذه الأنابيب النّانويّة تتشكّل أيضًا بين بكتيريا البروكلوروكوكس والبكتيريا غيريّة التّغذية (Heterotrophic)، الّتي لا تقوم بعمليّة التّمثيل الضّوئيّ وتتغذّى على الموادّ الموجودة في بيئتها. دراسات سابقة أظهرت أنّ بكتيريا البروكلوروكوكس تقوم بإطلاق فقاعات في مياه المُحيط تحتوي أحيانًا على بروتينات، DNA و- RNA، ومن هناك يتمّ امتصاص هذه الموادّ في خلايا بكتيريا أخرى. لكن الآن وللمرّة الأولى يتمّ اكتشاف أنّ البكتيريا الزّرقاء تستخدم الأنابيب النّانويّة الّتي تُنتجها لتبادل الموادّ في تلامسٍ مباشر بين بعضها البعض. قد يكون لهذا الاكتشاف آثارٌ بعيدة المدى على فهم التّفاعلات بينها وبين الكائنات الأخرى، وعلى ديناميكيّات المجموعة نفسها.

الأنابيب النّانويّة بين البكتيريا

إنّ البيئة الطّبيعيّة لبكتيريا البروكلوروكوكس هي المحيط، ولكن في بيئة المحيط – على عكس بيئة المختبر المستقرّة، الّتي توفّر ظروفًا مريحة لتكوين الأنابيب النّانويّة – تكون الظّروف خاضعة للحركة وللتّغيّرات الدّيناميكيّة بشكل أكبر. لذلك، هناك سؤال يطرح حول إن كانت الأنابيب تتشكّل أيضًا في البيئة الطّبيعيّة، حيث المياه تتحرّك باستمرار وتتعرّض البكتيريا لقوى فيزيائيّة قد تعيق عمليّة تكوين الأنابيب، أو تمنع اتّصال الخلايا، أو تكسر هذه الأنابيب الصّغيرة.

لاختبار ذلك، جمع العلماء عيّنات من مياه غنيّة بالبكتيريا مباشرة من بيئتها الطّبيعيّة. عند فحصها تحت مجاهر متطوّرة، وجدوا أنّ هذه الجسور بين الخلايا تتشكّل أيضًا في البحر، وتظهر في حوالي خمسة بالمئة من البكتيريا الّتي جُمعت للدّراسة.

إنّ اكتشاف الأنابيب النّانويّة الّتي تربط بين البكتيريا ليس بالأمر الجديد. فقد اكتُشفت هذه الأنابيب أوّل مرة عام 2011 في دراسة أجرتها عالمة الأحياء سيجال بن يهودا من الجامعة العبريّة على بكتيريا العصويّة الرّقيقة (Bacillus subtilis). لاحقًا وُجدت هذه الهياكل أيضًا لدى بكتيريا أخرى، مثل بكتيريا الـ E. coli.

في مختبر سيجال وجدوا في جميع الحالات أنّ نسبة صغيرة – ولكن ثابتة – من البكتيريا متّصلة ببعضها البعض بواسطة أنابيب نانويّة. أوضح الباحثون كيف تمرّ البروتينات عبر هذه الأنابيب من بكتيريا إلى أخرى، كما يفعل جزيء صغير يُسمى الكالسين، في أقل من خمس عشرة دقيقة، مع أنّ هذا الجزيء لا يستطيع في الظّروف العاديّة اختراق الغشاء المحيط بالبكتيريا. وبالتّالي، يمكن الاستنتاج أنّ الأنابيب النّانويّة تسمح بمرور الموادّ بين الخلايا. يمكن اعتبار ذلك بمثابة اتّصال بين محتويات خلايا البكتيريا المتّصلة ببعضها البعض بواسطة الأنابيب النّانويّة.

تحتوي بكتيريا البروكلوروكوكس على مادّة وراثيّة ضئيلة للغاية، لذا لا يمكنها إنتاج جميع العناصر الغذائيّة الّتي تحتاجها بنفسها، ومع ذلك، يزدهر الكثير منها حتّى في أماكن تفتقر إلى الغذاء، بفضل مجموعة من التّكيّفات الّتي طوّرتها هذه البكتيريا على مرّ الأجيال، والّتي تُمكّنها من امتصاص العناصر الغذائية بكفاءة عالية من البيئة. من الأمثلة على ذلك استخدام بعض البكتيريا للأسواط – وهي مثل ذيل يُمَكِّنها من الانتقال عبر الماء إلى أماكن أغنى بالغذاء. مثال آخر على هذا التّكيّف هو التّكافل (التّعايش) مع أنواع أخرى، والّذي يُمكّن البكتيريا من الحصول على الموادّ اللّازمة لوظائفها من بكتيريا أخرى.

تشير بعض الدّراسات إلى أنّ البكتيريا الزّرقاء والبكتيريا غيريّة التّغذية تعتمدان على بعضهما البعض من النّاحية الأيضيّة، حيث تزوّد كلّ منهما الأخرى بالمغذّيات، ولذا، لا ينبغي اعتبارهما كيانين منفصلين تمامًا. بحسب هذا، فقد يكون لوجود الأنابيب النّانويّة واستخدامها لنقل المحتوى بين خلايا البكتيريا المختلفة أهمّيّة بيئيّة وتطوّريّة بعيدة المدى حول فهمنا للحياة البكتيريّة في البحار والمحيطات. هناك فرضيّة أخرى تقول إنّ الأنابيب النّانويّة تزيد من مساحة سطح الخلايا الصّغيرة، الأمر الّذي يزيد من امتصاص الموادّ من البيئة.

تشير النّتائج إلى أنّ المجتمعات البكتيريّة ليست مجرّد مجموعات من الأنواع المختلفة من البكتيريا، وإنّما هي شبكة تعاونيّة يُشكِّل فيها التّمثيل الغذائيّ بين الأفراد جزءًا لا يتجزّأ من وجودها. إنّ هذا الاكتشاف يوسّع من فهمنا لكيفيّة عمل النّظم البيئيّة وحيدة الخليّة، ويُقدّم رؤى جديدة حول الحياة في المحيط.