اكتشاف ميكروبات صديقة للمناخ بإعادة تدوير الكربون دون إنتاج الميثان

الينابيع الساخنة وفتحات التهوية الحرارية المائية هي موطن لمجموعة لم يتم التعرف عليها من قبل من الاحفوريات. وعلى عكس الكائنات الدقيقة وحيدة الخلية المماثلة التي تعيش في أعماق الرواسب وتتغذى على المواد النباتية المتحللة، فإن هذه الميكروبات لا تنتج غاز الميثان الذي يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المناخ، حسبما أفاد باحثون.

تقول فاليري دي أندا، عالمة الأحياء الدقيقة البيئية بجامعة تكساس في أوستن: "الكائنات الدقيقة هي أكثر أشكال الحياة تنوعًا ووفرة على الأرض، ونحن نعرف فقط 1 بالمائة منها". وتضيف "معلوماتنا منحازة تجاه الكائنات الحية التي تؤثر على البشر. ولكن هناك الكثير من الكائنات الحية التي تقود الدورات الكيميائية الرئيسية على الأرض والتي لا نعرفها".

تعتبر العتائق مجموعة غامضة بشكل خاص. لم يتم التعرف عليها حتى أواخر السبعينيات كمجال ثالث للحياة يختلف عن البكتيريا وحقيقيات النوى (التي تشمل كل شيء آخر، من الفطريات إلى الحيوانات إلى النباتات).

لسنوات عديدة، كان يُعتقد أن العتائق موجودة فقط في أكثر البيئات قسوة على الأرض، مثل الينابيع الساخنة. لكنها موجودة في كل مكان، ويمكن لهذه الميكروبات أن تلعب دورًا كبيرًا في كيفية دورة الكربون والنيتروجين بين أرض الأرض والمحيطات والغلاف الجوي.

تقول دي أندا إن إحدى مجموعات العتائق، Thaumarchaeota، هي أكثر الميكروبات وفرة في المحيط (SN: 11/28/17). وتسبب العتائق المنتجة للميثان في معدة الأبقار الحيوانات في تجشؤ كميات كبيرة من الغاز في الغلاف الجوي.

الآن، حددت دي أندا وزملاؤها شعبة جديدة تمامًا - فرع كبير من الكائنات الحية ذات الصلة على شجرة الحياة - من العتائق. كان أول دليل على هذه الكائنات الجديدة داخل رواسب من سبعة ينابيع ساخنة في الصين وكذلك من الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار في حوض غوايماس في خليج كاليفورنيا. داخل هذه الرواسب، وجد الفريق أجزاءً من الحمض النووي تم تجميعها بدقة في المخططات الجينية، أو الجينوم، لـ 15 نوعًا من البدئيات المختلفة.

وقارن الباحثون المعلومات الجينية للجينوم مع تلك الخاصة بآلاف الجينومات المحددة مسبقًا للميكروبات الموصوفة في قواعد البيانات المتاحة للجمهور. يقول دي أندا: "كانت هذه التسلسلات مختلفة تمامًا عن أي شيء نعرفه".

أعطت هي وزملاؤها المجموعة الجديدة اسم Brockarchaeota، لتوماس بروك عالم الأحياء الدقيقة الذي كان أول من زرع العتائق في المختبر وتوفي في أبريل. مهد اكتشاف بروك الطريق لتفاعل البوليميراز المتسلسل، أو PCR، وهي تقنية حائزة على جائزة نوبل تستخدم لنسخ أجزاء صغيرة من الحمض النووي وتستخدم حاليًا في اختبارات COVID-19 .

اتضح أن Brockarchaeota تعيش بالفعل في جميع أنحاء العالم - ولكن حتى الآن تم تجاهلها، ولم يتم وصفها ولم يتم تسميتها. بمجرد أن جمعت دي أندا وفريقها الجينومات الجديدة معًا ثم بحثوا عنها في قواعد البيانات العامة، اكتشفوا أنه تم العثور على أجزاء من هذه الكائنات غير المعروفة سابقًا في الينابيع الساخنة، ورواسب التنفيس الحرارية الأرضية والحرارة المائية من جنوب إفريقيا إلى إندونيسيا إلى رواندا.

احتوت الرواسب التي تم جمعها في الينابيع الساخنة في الصين وفي حوض غوايماس في خليج كاليفورنيا (باللون البرتقالي) على أجزاء من الحمض النووي وجد العلماء أنها جاءت من مجموعة من الكائنات الحية غير الموصوفة سابقًا، والتي يطلق عليها اسم Brockarchaeota ، والتي تتمتع أيضًا بعملية التمثيل الغذائي الفريدة. بعد إعادة بناء المخططات الجينية لـ 15 كائنًا مختلفًا من هذه المجموعة، وجد الباحثون أن أجزاء من الحمض النووي من جميع أنحاء العالم (الأماكن المميزة باللون الأزرق) والتي قام الباحثون بتحميلها بالفعل إلى قواعد البيانات المتاحة للجمهور تبين أنها تنتمي أيضًا إلى هذه المجموعة.

داخل الجينوم الجديد بحث الفريق أيضًا عن الجينات المرتبطة بعملية التمثيل الغذائي للميكروبات - ما هي العناصر الغذائية التي تستهلكها ونوع النفايات التي تنتجها. في البداية، توقع الفريق - مثل العتائق الأخرى التي وجدت سابقًا في مثل هذه البيئات - أن هذه الأركيا ستكون منتجة للميثان. إنهم يمضغون نفس المواد التي تقوم بها العتائق المنتجة للميثان: مركبات أحادية الكربون مثل الميثانول أو كبريتيد الميثيل. تقول دي أندا: "لكننا لم نتمكن من تحديد الجينات التي تنتج الميثان". "إنهم غير موجودين في Brockarchaeota".

وهذا يعني أن هذه الأركيا يجب أن يكون لها أيض غير موصوف سابقًا، والتي من خلالها يمكنها إعادة تدوير الكربون - على سبيل المثال في الرواسب في قاع البحر - دون إنتاج الميثان.