تمنح الشمس كوكبنا الحياة من خلال أشعتها، ومع ذلك فإن بعض أشكال الحياة الرائعة لا تحتاج إلى الضوء لتعيش.
بدلاً من استخدام التمثيل الضوئي لتخزين الطاقة في روابطها الكيميائية، تعتمد بعض الميكروبات على أكسدة الجزيئات غير العضوية مثل الهيدروجين للقيام بالمهمة.
إثبات نظرية قديمة
تم التكهن بالتخليق الكيميائي، كما هو معروف، كمصدر محتمل للطاقة للميكروبات في القرن التاسع عشر، على الرغم من أنه لم يتم تأكيده حتى تم اكتشاف النظم البيئية المحيطة بالفتحات الحرارية المائية في أعماق المحيطات في السبعينيات.
منذ ذلك الحين، اُعتبرت وسائل جمع الطاقة من خلال أكسدة المركبات غير العضوية نادرة ومقتصرة على الموائل المتطرفة.
لكن الأبحاث الناشئة من البحر، تشير إلى أن استراتيجية البقاء هذه وفيرة بالفعل، من القطب إلى القطب، وفق الدراسة التي نُشرت في مجلة Nature Microbiology.
في الواقع، مع تلاشي ضوء الشمس إلى الظلام، وجد فريق بقيادة باحثين من جامعة موناش في أستراليا، دليلاً على أن التخليق الكيميائي يصبح الطريقة الأساسية للحياة للميكروبات البحرية غير المرئية.
وقال كريس جريننج، عالم الأحياء الدقيقة بجامعة موناش: "الهيدروجين وأول أكسيد الكربون في الواقع يغذيان الميكروبات في جميع المناطق التي درسناها: من الخلجان الحضرية إلى الجزر الاستوائية إلى مئات الأمتار تحت السطح، ويمكن العثور على بعضها تحت الرفوف الجليدية في القارة القطبية الجنوبية".
الهيدروجين الجزئي
على عكس ضوء الشمس، يعتبر الهيدروجين الجزيئي مصدرًا مناسبًا للطاقة الموجودة بكميات ضئيلة على الأقل عبر مجموعة متنوعة من النظم البيئية، من الغلاف الجوي إلى السطح وحتى أدناه.
وفي دراسات سابقة، أظهر جريننج وزملاؤه أنه في الكثير من تربة العالم، تكون الثقافات البكتيرية التي يمكن أن تستهلك الهيدروجين "وفيرة ومتنوعة ونشطة" - من نواحٍ عديدة، قاعدة السلسلة الغذائية بأكملها.
وأظهر هو وبعض الباحثين أن هذا ينطبق على أعماق المحيط أيضًا.
دراستهم هي الأولى التي تبحث فيما إذا كانت البكتيريا الموجودة في المحيطات المفتوحة يمكن أن تستخدم الهيدروجين كوقود.
وتستند النتائج إلى 14 عينة من مياه البحر، جرى جمعها من المحيط الأطلسي والهندي والمحيط الهادئ والمحيط الجنوبي.
في جميع هذه العينات باستثناء واحدة، اكتشف الفريق الميكروبات التي لديها الآلية الجينية المطلوبة لكل من التركيب الكيميائي باستخدام الهيدروجين والتمثيل الضوئي.
استنادًا إلى نشاط الميكروبات في المختبر، تشير النماذج إلى أن معدل تركيبها الكيميائي كافٍ للحفاظ على نمو المجتمع وبقائه.
خلص الباحثون إلى أن الهيدروجين يجب أن يكون مصدرًا مهمًا للطاقة للبكتيريا في مياه البحر، خاصة لتلك التي تعيش في أعماق أعماق البحار.
الهيدروجين أم الشمس؟
تكون أكسدة الهيدروجين مفيدة عندما لا يتوفر ضوء الشمس بسهولة، لكنها لا تخلو من التكاليف، ما يعني أن البكتيريا البحرية ربما تستخدم الهيدروجين فقط كوقود عند الضرورة القصوى.
على سطح المحيط، ربما يكون اعتماد الميكروبات على ضوء الشمس أكثر قيمة بكثير.
ومع ذلك، في الظلام، بالقرب من قاع البحر، يتوفر الحديد بشكل أكبر بينما يندر ضوء الشمس.
من المحتمل أن تتمتع البكتيريا البحرية التي يمكنها التبديل بين التركيب الكيميائي والتمثيل الضوئي بميزة تنافسية كبيرة، عند ملء جميع المستويات المختلفة لموائل المحيط.
ربما هذا هو السبب في أن أشكال الحياة المرنة هذه لا تزال وفيرة للغاية حتى يومنا هذا.
وتكهن جرينج قائلًا: "ربما ظهرت الحياة الأولى في فتحات أعماق البحار باستخدام الهيدروجين، وليس ضوء الشمس، كمصدر للطاقة".
وتابع: "إنه لأمر لا يصدق أنه بعد 3.7 مليار سنة، لا تزال العديد من الميكروبات في المحيطات تستخدم هذا الغاز عالي الطاقة وقد أغفلنا ذلك تمامًا حتى الآن".
