ملخص
تصنع النباتات غذاءها على اليابسة عن طريق عملية البناء الضوئي، بينما تستمد الحيوانات الطاقة اللازمة للبقاء من خلال الأكل. ولكن، في العالم المجهري الموجود في المحيطات، الأمر ليس بتلك البساطة. فالعديد من النباتات المجهرية (العوالق النباتية) تأكل أيضًا مثل الحيوانات، وعلى الجانب الآخر، تقوم الحيوانات المجهرية (العوالق الحيوانية الصغيرة) بعملية البناء الضوئي أيضًا على غرار النباتات! بل والأكثر دهشة، بعض العوالق الحيوانية الصغيرة هذه تتغذى على العوالق النباتية الدقيقة وتستمر في العيش اعتمادًا على عملية البناء الضوئي الجارية في تلك العوالق النباتية المبتلعة. يُطلق على هذه الكائنات الحية التي تسلك مثل النباتات والحيوانات على حد سواء “الكائنات خليطة التغذية” نظرًا لأنها تمزج (تجمع) طرقًا مختلفة للحصول على التغذية. هذه الكائنات الرائعة ليست خارقة للطبيعة، ولكنها شائعة للغاية. تعد بعض الكائنات خليطة التغذية طعامًا جيدًا للسمك، في حين أن البعض الآخر يصنع سمومًا يمكن أن تدخل في مأكولاتنا البحرية، وقد تقتل حتى الأسماك. ويزداد وجود بعضها في المياه الساحلية بسبب التلوث. ونحن نتعلم الآن مدى أهمية الكائنات خليطة التغذية للنظم البيئية للمحيطات.
تنص أبسط “قوانين” العلم على أن طبيعة النباتات مختلفة عن الحيوانات والعكس صحيح. أليس كذلك؟ بالطبع! فالنباتات خضراء. وتعيش باستخدام ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والعناصر الغذائية وتصنع غذاءها من خلال عملية البناء الضوئي. في المقابل، تعيش الحيوانات عن طريق أكل كائنات أخرى (نباتات أو حيوانات أو بكتيريا، أو حتى قطع وأجزاء من الكائنات الحية الميتة). هل “قانون” العلم هذا صحيح؟ ليس دائمًا! ويناقض هذا “القانون” المحيطات المليئة بالكائنات المجهرية التي يمكن أن تكون شبيهة بالنباتات والحيوانات في نفس الوقت! فهي تقوم بعملية البناء الضوئي وتأكل في آن واحد.
هل سمعت يومًا عن نبات يمكنه أكل حيوان؟ هناك عدد قليل من النباتات البرية التي تأكل الحشرات. وأكثرها شيوعًا هو نبات خَنَّاق الذباب (Venus flytrap)، الذي يلتقط الحشرات الموجودة على أوراقه المميزة ثم يهضمها (الشكل 1A). تعتبر هذه النباتات البرية خارقة للطبيعة إلى حدٍ ما. ومع ذلك، فلا تعتبر هذه الكائنات غريبة على الإطلاق في المحيط، فهي شائعة جدًا في الواقع. يمكنك العثور على العديد من أنواع الكائنات الحية هذه إذا نظرت تحت المجهر واستكشفت العوالق الميكروبية، أي الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في العالم المائي. فلن تجد نباتات تأكل فحسب، بل ستجد أيضًا حيوانات تقوم بعملية البناء الضوئي! يُطلق على الطرق الخليطة الرائعة للحصول على الغذاء وصنعه التغذية الخليطة، والكائنات التي تقوم بالتغذية الخليطة تُسمى بالكائنات خليطة التغذية. وقد تكون التسمية غير العلمية لهذه الكائنات هي “حيوانات نباتية”، نظرًا لأن جانبًا منها يشبه طبيعة النباتات والآخر يشبه طبيعة الحيوانات (الشكل 1).
- شكل 1 - (A) رسوم كرتونية لنبات جائع يقوم بعملية البناء الضوئي (على اليسار) ويتغذى عن طريق الأكل (على اليمين).
- (B) نبات خَنَّاق الذباب يقوم بعملية البناء الضوئي ويأكل الحشرات في نفس الوقت. رسم كرتوني للرسام H. J. Jeong، صور من Shutterstock.
العوالق النباتية التي تعتبر حيوانات أيضًا!
العوالق النباتية هي كائنات حية مجهرية شبيهة بالنباتات تعيش في المياه. يخبرنا اسمها أنها تعيش على الضوء (طبيعة نباتية) وتنجرف مع الماء (عوالق). تحتوي كل قطرة ماء عادةً على مئات الآلاف من هذه الكائنات الدقيقة وحيدة الخلية. العوالق النباتية كائنات طبيعية ومهمة. فهي تنتج 50% من الأكسجين الذي نتنفسه في الهواء، كما أنها غذاء للأسماك والحيوانات الأخرى في المحيط. هناك مئات الأنواع المختلفة من العوالق النباتية. واعتقد معظم العلماء، لعقود من الزمان، أن العوالق النباتية تعيش فقط عن طريق البناء الضوئي. تبين أن العديد من هذه العوالق النباتية تأكل أيضًا بنفس طريقة الحيوانات [1]. بعضها يأكل العوالق النباتية الأخرى، وبعضها يأكل البكتيريا وبعضها الآخر يأكل الحيوانات الدقيقة (الشكل 2). بعض هذه العوالق النباتية خليطة التغذية يأكل فقط على مضض أو بصورة نادرة. وبعضها شره ويمكن أن يأكل حتى يصل إلى التخمة! تنمو هذه الكائنات خليطة التغذية بوتيرة أسرع عندما يمكنها الأكل والقيام بعملية البناء الضوئي في الوقت نفسه، مقارنةً بتلك التي تنمو عن طريق البناء الضوئي فقط.
- شكل 2 - (A) رسوم كرتونية لعوالق نباتية مجهرية يُطلق عليها كائنات خليطة التغذية.
- فهي تعيش على أشعة الشمس وعملية البناء الضوئي (اللوحة العلوية)، ولكن يمكن أن تتناول وجبة من خلية صغيرة (اللوحة السفلية). (B) يلتقط الكائن خليط التغذية Karlodinium الشبيه بالنبات (الشبيه بالعوالق النباتية) (اللوحين العلويين) خلية صغيرة، ثم يبتلعها (اللوحة السفلية). رسم كرتوني للرسام H. J. Jeong وصورة من Stoecker et al. [2] (تم توزيعها بإذن من Springer-Verlag).
يمكن أن تكون الطرق التي تتغذى بها العوالق النباتية خليطة التغذية مروعة جدًا. إذ يلتهم البعض الكائنات الحية بأكملها، بينما تلتهم بعض هذه الكائنات طعامها باستخدام حربة ذات خطاف وتمتص أحشاءها باستخدام أنبوب أو شفاط مُصنع ذاتيًا. وقد يتسبب بعضها في انفجار وليمتها، تاركة حساءً مغذيًا يمكنها امتصاصه. يمكن للبعض حتى أن يقتات على كائنات أخرى أكبر منها بكثير.
تستخدم بعض العوالق النباتية خليطة التغذية السموم لقتل الكائنات المراد التهامها. ومن المثير للاهتمام، أن بعض هذه الكائنات لا تستطيع صنع هذه السموم إلا عند قيامها بعملية البناء الضوئي والأكل في نفس الوقت. وأحد الأمثلة عليها كائن حي يُطلق عليه Karlodinium. يأكل Karlodinium الطحالب الصغيرة الأخرى بشراسة، ولكن يبدو أنه يأكل فقط أثناء النهار. لماذا لا يأكل أيضًا ليلًا؟ اتضح أن Karlodinium يصنع المركب السام الذي يطلقه لقتل فريسته أثناء النهار، عندما يقوم أيضًا بعملية البناء الضوئي.
العوالق الحيوانية التي تعتبر نباتات أيضًا!
إلى جانب العوالق النباتية، هناك كائنات حية دقيقة أخرى شبيهة بالحيوانات في المحيط يُطلق عليها العوالق الحيوانية الدقيقة، نظرًا لأنها عوالق صغيرة الحجم، شبيهة بالحيوانات. وتأكل العوالق الحيوانية الدقيقة المزيد من الأشياء المختلفة ولكن عندما تتناول العوالق النباتية الدقيقة، يمكن أن تصبح نباتات لبعض الوقت. كيف يمكنها فعل ذلك؟ نوع واحد من العوالق الحيوانية الدقيقة يأكل العوالق النباتية، لكن هذا النوع لا يهضم الجهاز المسؤول عن البناء الضوئي (البلاستيدات الخضراء، الشكل 3). تحتفظ هذه الكائنات بالبلاستيدات الخضراء المسروقة وتستخدمها للقيام بعملية البناء الضوئي!
- شكل 3 - (A) رسوم كرتونية لعوالق حيوانية دقيقة جائعة (اللوحة اليسرى)، تتغذى على عوالق نباتية صغيرة (اللوحة الوسطى)، ثم تلتقط ضوء الشمس للقيام بالبناء الضوئي، باستخدام البلاستيدات الخضراء في العوالق النباتية الموجودة الآن داخل جسمها (اللوحة اليمنى).
- (B) العالق Dinophysis خليط التغذية يبدأ في تناول فريسته من عالق Mesodinium. لاحظ الدوائر الحمراء الصغيرة داخل Mesodinium - هذه هي الطحالب التي أكلها Mesodinium! يشير السهم إلى أنبوب الامتصاص الصغير أو أنبوب التغذية الذي يستخدمه للتغذية على Mesodinium. رسم كرتوني للرسام H. J. Jeong وصور من Park et al. [3] (تم توزيعها بموجب Creative commons license).
هل يمكنك أن تتخيل أن البروكلي الذي تتناوله يستمر في القيام بعملية البناء الضوئي في معدتك بعد تناوله؟ تتغذى كائنات أخرى “حيوانية” خليطة التغذية على الكثير من العوالق النباتية، ولكنها لا تهضمها على الإطلاق - فهي تحافظ على العوالق النباتية السليمة في أجسامها وتنجرف في المحيطات، وكأنها صوبات زراعية مجهرية؛ حيث تعيش على عملية البناء الضوئي الجارية في العوالق النباتية المستمرة في النمو التي اقتاتت عليها سابقًا.
بعض العوالق الحيوانية المجهرية خليطة التغذية تكون انتقائية في الأكل، ولا تصبح شبيهة بالنباتات إلا من خلال تناول الأطعمة المفضلة لديها. وأحد أنواع هذه الكائنات خليطة التغذية الانتقائية فصيلة تسمى Dinophysis، وهي توجد في المحيطات في جميع أنحاء العالم. يتغذى نوع Dinoiphysis على البلاستيدات الخضراء من نوع واحد محدد من العوالق النباتية المجهرية ولكن لا يمكنه أكل تلك العوالق النباتية مباشرة. لذلك يأكل Dinophysis كائنًا خليط التغذية آخر، يسمى Mesodinium الذي يأكل بدوره العوالق النباتية المحددة التي بها تلك البلاستيدات الخضراء. ثم يقوم Dinophysis بإحداث ثقب في Mesodinium ويمتص كل أحشائه للحصول في النهاية على البلاستيدات الخضراء التي يريدها.
حدّث ولا حرج عن الكائنات الشرهة انتقائية التغذية! إنها حرب جرثومية حقيقية ودامية في المحيطات!
أين توجد العوالق خليطة التغذية في المحيطات؟
جميع محيطاتنا هي موطن للعوالق الخليطة التغذية، لكن أنواعًا مختلفة تعيش في أجزاء مختلفة من المحيط أو في أوقات مختلفة من العام. توجد بعض الأنواع، مثل Karlodinium، بشكل أساسي على طول المناطق الساحلية، بينما توجد أنواع أخرى أكثر شيوعًا في المياه المفتوحة للمحيطات. ترتبط أنواع أخرى من العوالق خليطة التغذية بالمياه القطبية أو المياه الاستوائية. يكون بعضها أكثر شيوعًا خلال مواسم معينة؛ خاصة الصيف.
تنمو العديد من الكائنات خليطة التغذية جيدًا في المياه التي أصبحت غنية بالمغذيات (غنية بالعديد من العناصر الغذائية أو المخصبات) نتيجة لتراكم النفايات البشرية [4]. عندما نستخدم المخصبات في المروج أو الأعشاب أو الأراضي الزراعية، لا تستخدم الحشائش أو المحاصيل كل هذه المخصبات. وتنجرف بعض المخصبات في البحر بعد هطول الأمطار. ثم تغذي هذه المخصبات العوالق النباتية في مياه المحيط، والتي تنمو بعد ذلك، لتصبح غذاءً للعوالق الأخرى، بما في ذلك الكائنات خليطة التغذية. مع المزيد من الطعام، يمكن أن تنمو النباتات خليطة التغذية أكثر فأكثر. وعندما تنمو العوالق النباتية، بما في ذلك تلك العوالق التي تعتبر خليطة التغذية، بأعداد كبيرة يطلق على ذلك اسم “تجمع مزدهر أو منطقة مُزهرة بالعوالق”.
لماذا يجب أن نكون مهتمين بالكائنات خليطة التغذية؟
تعتبر التغذية الخليطة الآن مهمة جدًا في مجتمعات العوالق لدرجة أنه تم الإعلان عنها كواحدة من الاكتشافات الثورية الحديثة في العلوم التي يمكن أن تغير كل شيء (وفق مجلة “للعلم” وهي النسخة العربية من Scientific American، المجلد 27، العدد 3، يوليو 2018)!
تغير التغذية الخليطة الطريقة التي نفكر بها في جميع جوانب الحياة تحت الماء [1]. إذ لا تُصنف حياة العوالق بدقة ضمن فئات النباتات والحيوانات، كما هو الحال في الحياة على الأرض. ففي عالم العوالق، لا يزال هناك الكثير مما لا نعرفه أو نفهمه. كعلماء، من الرائع حقًا محاولة معرفة كيفية عمل الكائنات خليطة التغذية! هناك عدد لا حصر له من الأسئلة التي تراودنا والموضوعات المهمة التي يمكن استكشافها بشأن هذه المخلوقات الصغيرة المذهلة [5].
يهتم العلماء أيضًا بالعوالق خليطة التغذية لأنها تحافظ في النهاية على جميع الكائنات الحية الأخرى في المحيط، بدءًا من المحار وسرطان البحر ووصولًا إلى الأسماك. مع تغير المناخ، نريد أيضًا أن نعرف كيف تتغير الكائنات الحية في المحيطات، بما في ذلك الكائنات خليطة التغذية، وكيف يمكن أن يغير ذلك تعداد الأسماك التي يستهلكها البشر لأغراض الغذاء [1].
يمكن للعديد من الكائنات خليطة التغذية الشبيهة بالنبات أن تؤذي أنواعًا أخرى من الكائنات الحية، بما في ذلك الحيتان أو الدلافين أو السلاحف. من المهم معرفة كيف تؤثر الكائنات خليطة التغذية على هذه الكائنات الحية الأكبر حجمًا منها إذا أردنا حماية تلك الكائنات المهمة. يمكن لكائن Karlodinium الذي يأكل أثناء النهار إطلاق بعض سمومه في الماء، مما يدمر خياشيم الأسماك، الأمر الذي يؤدي إلى قتل الأسماك على الفور تقريبًا. ثم يأكل Karlodinium أنواعًا من السمك على العشاء. وينتج البعض الآخر، مثل Karenia brevis الموجود على سواحل فلوريدا، مركبًا سامًا قد لا يقتل الأسماك فحسب، ولكنه قوي بما يكفي لقتل خراف البحر الضخمة! في صيف 2018، تسببت عمليات تكاثر Karenia brevis في نفوق أسماك كبيرة على سواحل فلوريدا؛ حيث انجرفت العديد من الحيوانات المريضة والميتة على الشاطئ، بما في ذلك أكثر من 100 خروف من خراف البحر و300 سلحفاة. مثلت هذه خسارة فادحة للحياة البحرية وتسببت في جعل الشواطئ موحلة وكريهة الرائحة.
يهتم العلماء بشكل خاص بالكائنات خليطة التغذية التي تصنع مركبات سامة يمكن أن تصيب الناس بالمرض. إذا أكلنا المحار الذي يتغذى على Dinophysis, وهو الكائن خليط التغذية والآكل الشره صعب الإرضاء المذكور أعلاه، فقد نُصاب بتسمم القشريات المصحوب بالإسهال؛ هذا يعني أن الناس يصابون باضطراب في المعدة وإسهال. يمكن أن ينقل رذاذ البحر المركب السام الذي يصنعه Karenia brevis ويجعلنا نسعل إذا تنفسنا هذا الهواء على الشاطئ. أنواع المركبات السامة التي تنتجها أنواع مختلفة من الكائنات خليطة التغذية متنوعة للغاية وما زلنا لا نعرف الكثير عن كيمياء هذه المركبات. نحن مهتمون جدًا بفهم ما يمكننا القيام به لمنع هذه الكائنات الدقيقة والسامة من النمو خارج نطاق السيطرة وكيف يمكننا وقاية الأشخاص من الإصابة بالمرض.
تُحدد هذه الكائنات خليطة التغذية المدهشة، مع تنوعها الرائع، ملامح محيطاتنا والطعام الذي نحصل عليه منها. قد تبدو أنها عالم متنوع من الميكروبات في محيطاتنا، لكنها عناصر رئيسية على كوكبنا. لذلك فهي تستحق اهتمامنا. يجب على العلماء والصيادين ومحبي المأكولات البحرية ورواد الشواطئ وعلماء البيئة وجميع مواطني الكوكب الاهتمام بما يعيش في محيطاتنا وينمو ويزدهر فيها!
للاطلاع على مزيد من المعلومات عن الكائنات خليطة التغذية، تفضل بزيارة:
شكر وتقدير
تلقى المؤلفون دعمًا من الوكالات التالية لعملهم على ظاهرة التغذية الخليطة: المراكز الوطنية التابعة لإدارة المحيطات والغلاف الجوي الوطنية الأمريكية لبرنامج البحوث التنافسية لعلوم المحيطات الساحلية من خلال المنحة رقم (PG) NA17NOS4780180، وبرنامج Horizon 2020 للأبحاث والابتكار التابع للمفوضية الأوروبية في إطار اتفاقية منحة Marie Skłodowska-Curie MixITiN رقم 766327 (AM وKF وPH)، ومنحة (رقم 4181-00484) من مجلس البحوث الدنماركي للبحوث المستقلة (PH)، وبرنامج السوطيات المفيدة التابع للمعهد الكوري للعلوم البحرية وتعزيز التكنولوجيا (HJ). يشكر المؤلفون Rohan Mitra-Flynn على التعليقات المفيدة على هذا المقال. هذه المساهمة رقم 5535 من مركز University of Maryland Center وECO933 من برنامج NOAA ECOHAB.
مسرد للمصطلحات
البناء الضوئي (Photosynthesis): ↑ العملية التي من خلالها تستخدم النباتات الخضراء والطحالب الشبيهة بالنباتات ضوء الشمس، جنبًا إلى جنب مع ثاني أكسيد الكربون والماء لتستمد غذاءها.
العوالق/العوالق النباتية/العوالق الحيوانية الدقيقة (Plankton/Phytoplankton/Microzooplankton): ↑ العوالق هي الكائنات المنجرفة أو الطافية في البحر أو المياه العذبة. معظمها يكون دقيقًا أو صغيرًا جدًا. يُطلق على الكائنات الشبيهة بالنباتات ”العوالق النباتية” وعلى الكائنات الشبيهة بالحيوانات ”العوالق الحيوانية”. يطلق على العوالق الحيوانية صغيرة الحجم ”العوالق الحيوانية الدقيقة”.
التغذية الخليطة/ كائن خليط التغذية (Mixotrophy/ Mixotroph): ↑ التغذية الخليطة هي عملية الجمع بين البناء الضوئي (مثل النبات) والأكل (مثل الحيوان) في كائن حي واحد. الكائن خليط التغذية هو كائن حي يستمد غذاءه بالجمع بين هاتين الطريقتين.
البلاستيدات الخضراء (Chloroplast): ↑ الجهاز المسؤول عن عملية البناء الضوئي في النباتات والعوالق النباتية البحرية.
الإغناء بالمغذيات (Eutrophication): ↑ عملية تزويد كتلة مائية بالمغذيات. يمكن أن يؤدي الإغناء بالمغذيات إلى تكاثر الطحالب الضارة أو تأثيرات سلبية أخرى تضر بالنظام البيئي.
إقرار تضارب المصالح
يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.
المراجع
[1] ↑ Mitra, A. 2016. Uncovered: The Mysterious Killer Triffids That Dominate Life in Our Oceans. The Conversation.
[2] ↑ Stoecker, D. K., Tillmann, U., and Granéli, E. 2006. “Phagotrophy in harmful algae,” in Ecology of Harmful Algae, eds E. Granéli, and J. Turner (Springer: The Netherlands), 177–87.
[3] ↑ Park M. G., Kim, S., Kim, H. S., Myung, G., Kang, Y. G., Yih, W. 2006. First successful culture of the marine dinoflagellate Dinophysis acuminata. Aquat. Microb. Ecol. 45:101–6. doi: 10.3354/ame045101
[4] ↑ Burkholder, J. M., Glibert, P. M., and Skelton, H. M. 2008. Mixotrophy, a major mode of nutrition for harmful algal species in eutrophic waters. Harmful Algae 8:77–93. doi: 10.1016/j.hal.2008.08.010
[5] ↑ Flynn, K. J., Stoecker, D. K., Mitra, A., Raven, J. A., Glibert, P. M. Hansen, P. J., et al. 2013. Misuse of the phytoplankton-zooplankton dichotomy: the need to assign organisms as mixotrophs within plankton functional types. J. Plankton Res. 35:3–11. doi: 10.1093/plankt/fbs062