حيوان قديم يطلب المساعدة!

حيوانات المرجان موجودة منذ فترة طويلة، وتعيش في المحيطات منذ ملايين السنين وربما تواجدت قبل الديناصورات. والآن، تغطي الشعاب المرجانية %1 فقط من مساحة المحيط، ولكن واحد من كل أربعة حيوانات بحرية يعتمد على الشعاب المرجانية من أجل البقاء على قيد الحياة. حيث تعثر تلك الحيوانات البحرية على الغذاء في الشعاب المرجانية، وتتخذها كمأوى، وتلجأ إليها للاحتماء من الحيوانات المفترسة، وتطعم صغارها فيها [1]. فماذا لو اختفت حيوانات المرجان إلى الأبد؟ أين ستعيش كل الحيوانات الأخرى التي تعتمد على حيوان المرجان؟ سيمثل ذلك كارثةً كبيرةً بالفعل (الشكل 1).

تعتبر درجة الحرارة المرتفعة للمحيطات والبحار أحد التهديدات الكبيرة لحياة حيوان المرجان. ورُغم أن حيوانات المرجان متواجدة منذ ملايين السنين، فإنها حيوانات ضعيفة بصورة أو بأخرى، وخاصةً عندما يتعلق الأمر بالتغيرات في درجة الحرارة. وإليك ما يحدث: هناك كائنات حية تُسمى طحالب زوزانتلي (تُنطق زو-زان-تلي) متناهية الصغر تعيش داخل معظم حيوانات المرجان التي تعيش في المياه الضحلة. وقد تقوم طحالب زوزانتلي هذه بعملية البناء الضوئي، أو بمعنى آخر يُمكنها تحويل ضوء الشمس إلى غذاء. فهي تُنتج الغذاء من ضوء الشمس بكفاءة؛ ومن ثمَّ تتمكن من توفير الغذاء لها ولحيوان المرجان أيضًا. وعليه، فالمصدر الرئيسي للغذاء والطاقة اللازمين لنمو حيوانات المرجان توفره طحالب زوزانتلي التي تعيش بداخلها. وفي المقابل، تحمي حيوانات المرجان طحالب زوزانتلي وتوفر لها بعض المواد الغذائية لمساعدتها على النمو. وتُعرف هذه العلاقة الودية بين حيوان المرجان وطحالب زوزانتلي بتبادل المنفعة.

ولكن انخفض الطابع الودي لهذه العلاقة القائمة بين حيوان المرجان وطحالب زوزانتلي؛ بسبب ارتفاع درجة حرارة المحيط بدرجة كبيرة جراء الاحتباس الحراري وتأثير البيت الزجاجي. حيث تبدأ طحالب زوزانتلي في إنتاج غذاء بدرجة أقل بالإضافة إلى بعض المركبات السامة، وتبدأ حيوانات المرجان في طرد تلك الطحالب من مأواها. وبهذه الطريقة تفقد حيوانات المرجان مصدر الطاقة الأساسي الخاص بها، وتفقد أيضًا الألوان الجميلة المائلة إلى السمرة/الخضرة التي اكتسبتها، ومن ثم تتحول إلى اللون الأبيض. وتُسمى هذه الظاهرة بابيضاض حيوان المرجان [2]. وعندما تصاب حيوانات المرجان بالابيضاض تُصبح غير محمية من الآثار الضارة لضوء الشمس المباشر، وهذا لأن طحالب زوزانتلي كانت تساعد على حمايتها من الشمس وهي الآن غير موجودة. وستحاول بعض حيوانات المرجان في الحالات الخطرة حماية نفسها عن طريق زيادة ألوانها المائلة إلى اللون الأزرق أو الأصفر أو الأرجواني [3]. فهذه الألوان الفاتحة تُعد تعمل باعتبارها درعًا واقيًا من الشمس وتُعد الملجأ الأخير الذي تحتمي فيه بعض حيوانات المرجان من الشمس.

وإذا فقدت حيوانات المرجان طحالب زوزانتلي لفترة طويلة، فلن تحصل على الطاقة اللازمة لبقائها على قيد الحياة وستموت في نهاية المطاف. وهذا هو التأثير السلبي الرئيسي لدرجات حرارة المحيط المرتفعة. وفي هذا الوقت تكون الكائنات المجهرية ذات المنفعة المتبادلة قادرة على مساعدة حيوانات المرجان، وهذا من خلال دورها كمعينات حيوية (بروبيوتيك).

المعينات الحيوية: طوق النجاة لحيوانات المرجان!

تُعد المعينات الحيوية كائنات حية مجهرية يُمكن استخدامها في منح فوائد صحية للكائن الحي الذي تعيش فيه أو عليه، ويُسمى هذا الكائن العائل. فتُستخدم المعينات الحيوية في الإنسان على سبيل المثال في مساعدته على هضم الطعام وحماية الأشخاص من اجتياح الكائنات الحية المجهرية المسببة للمرض؛ والمعروفة باسم مسببات المرض. وتُعتبر الكائنات الحية المجهرية ذات المنفعة المتبادلة مُرشحًا جيدًا لتُستخدم كمعينات حيوية؛ لأنه من المعروف عن هذه الكائنات أنها تقدم مزايا لعائلها. والتفاعلات الإيجابية بين الكائنات ذات المنفعة المتبادلة والكائنات العائلة لها لا تحدث فقط مع الإنسان وحيوان المرجان. بل إن الكثير من النباتات يستخدم أيضًا علاقة تبادل المنفعة مع الكائنات الحية المجهرية من أجل النمو. وتُعد البقوليات، التي تتضمن نباتات بالغة الأهمية منتجة للحبوب مثل الفاصوليا، والبازلاء، والفول السوداني، من الأمثلة الجيدة على ذلك. حيث توجد كائنات حية مجهرية تعيش داخل جذور البقوليات، ويُسمى بعض هذه الكائنات الرايزوبكتيريا المحفزة لنمو النباتات. وتمد هذه الكائنات الحية المجهرية المفيدة البقوليات بالنيتروجين الذي يُعد عنصرًا ضروريًّا للنمو القوي للنباتات.

هل من شأن تزويد حيوانات المرجان المعرضة للخطر بالمزيد من الكائنات المجهرية ذات المنفعة المتبادلة أن يساعدها على البقاء على قيد الحياة في المياه مرتفعة الحرارة؟ حسنًا، رُغم أن حيوانات المرجان ليس لديها جهاز هضمي مثل الإنسان، أو جذور مثل النباتات، فإنها ما زالت تمتلك العديد من الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بها التي قد تكون مفيدة. وتعمل تلك الكائنات الحية الدقيقة على حماية حيوانات المرجان من مسببات المرض، أو تعمل كغذاء لحيوانات المرجان، أو تمدها ببعض المغذيات الدقيقة التي تحتاج إليها كي تنمو [4]. لذلك ربما يُمكننا أيضًا استخدام الكائنات الحية الدقيقة الجيدة التي تعيش مع حيوانات المرجان كمعينات حيوية. درس الباحثون على مستوى العالم ما إذا كانت المعينات الحيوية تتمتع بالقدرة على مساعدة حيوانات المرجان عندما تتعرض للخطر بسبب ارتفاع درجات حرارة المحيطات، أم لا.

ولقد أوضحت دراسة حديثة أن الإجابة نعم؛ إذ يُمكن للمعينات الحيوية أن تساعد حيوانات المرجان على البقاء على قيد الحياة عند التعرض للإجهاد الحراري. ففي إطار هذه الدراسة، فصل الباحثون العديد من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش على حيوانات المرجان وقاموا باستنباتها في المختبر. وخضعت كل هذه الكائنات الحية الدقيقة للاختبار باستخدام العديد من أساليب المختبرات؛ لاكتشاف الكائنات الحية الدقيقة التي من شأنها مساعدة حيوانات المرجان الضعيفة في البقاء على قيد الحياة. واكتشف الباحثون سبعة من ”الكائنات الحية الدقيقة الخارقة المحتملة“ التي يمكنها فعل ذلك، وأجروا إحدى التجارب لمعرفة ما إذا كان يُمكن لهذه الكائنات الحية الدقيقة أن تعمل كمعينات حيوية بالفعل وتحمي حيوانات المرجان التي توجد في المياه ذات درجات الحرارة المرتفعة، أم لا (الشكلان 2A، B).

ولتصور هذه التجربة، تخيل حوضين من أحواض السمك بحجم صناديق الأحذية، وبداخل كل منهما مياه وثلاثة من حيوانات المرجان الصغيرة (بحجم كرات تنس الطاولة). ثم قام الباحثون بعد ذلك برفع درجة حرارة مياه كلا الحوضين لتصل إلى المستوى الذي تبدأ عنده حيوانات المرجان في الإصابة بالضعف. وأضافوا إلى أحد الحوضين الكائنات الحية الدقيقة المحتمل أن تعمل بمثابة معينات حيوية لحيوانات المرجان، وتركوا حيوانات المرجان في الحوض الآخر دون إضافة أي معينات حيوية. ولاحظ الباحثون في نهاية هذه التجارب أن حيوانات المرجان التي حظيت بمعينات حيوية كانت أقوى، ومفعمة بالحيوية، وأزهى من حيث اللون مقارنة بتلك التي لم تتلقَّ أي معينات حيوية. وكان هذا أول دليل على أن المعينات الحيوية يُمكنها أن تساعد حيوانات المرجان على النجاة عند الإصابة بالمرض أو التعرض للإجهاد نتيجة ارتفاع درجة الحرارة. ومن ثمَّ، يُمكن إعادة تسمية ”الكائنات الحية الدقيقة الخارقة المحتملة“ لتصبح ”الكائنات الحية الدقيقة الخارقة الفعلية“. يتوفر عرض لرسوم متحركة توضح آلية عمل المعينات الحيوية مع حيوانات المرجان على الرابط الآتي: (https://youtu.be/toYkTciZyuQ). تذكر أن هذه المعينات الحيوية لم تخضع للاختبار في المختبر حتى الآن إلا على أنواع قليلة فقط من حيوانات المرجان؛ لذلك لم نتأكد حتى الآن مما إذا كانت هذه المعينات ستُجدي نفعًا مع كل أنواع حيوانات المرجان في بيئة المحيط الفعلية، أم لا.

كيف تساعد المعينات الحيوية حيوانات المرجان؟

ما زال الباحثون لا يُدركون بالضبط آلية مساعدة المعينات الحيوية لحيوانات المرجان. فربما تساعد تلك الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل كمعينات حيوية على جعل علاقة تبادل المنفعة بين طحالب زوزانتلي وحيوانات المرجان مستقرة؛ مما يقلل بدوره من تعرضها للابيضاض. وربما تنجح الكائنات الحية الدقيقة نسبيًا في تهدئة هذه العلاقة المضطربة أثناء التعرض لدرجات الحرارة الأعلى؛ مما يمنع حيوانات المرجان من طرد طحالب زوزانتلي، ومن ثمَّ لا تفقد حيوانات المرجان مصدرها الرئيسي من الطاقة اللازم لنموها. وربما يُمكن للكائنات الحية الدقيقة التي تعمل كمعينات حيوية أن تزود حيوانات المرجان بالطاقة بنفسها من خلال إخراجها لكمية كبيرة من المواد الغذائية، أو حتى من خلال أن تؤكل مباشرةً بواسطة حيوانات المرجان.

وبما أن الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل كمعينات حيوية تُغذي حيوانات المرجان بصورة أو بأخرى، فحينئذٍ قد يقل إجهاد حيوانات المرجان الناجم عن فقدها لبعض الغذاء الذي تحصل عليه من طحالب زوزانتلي. وهناك الكثير من الاحتمالات لكيفية مساعدة الكائنات الحية التي تعمل كمعينات حيوية لحيوانات المرجان، وهناك المزيد من الدراسات الجارية حاليًا بغرض استكشاف وفهم ما يحدث بالفعل في هذا التفاعل بين الكائنات الحية الدقيقة، وطحالب زوزانتلي، وحيوانات المرجان.

البحر الأحمر: مصدر مُحتمل للمعينات الحيوية

حاول أن تتخيل مكانًا يكون فيه متوسط درجة حرارة المحيط والمياه مرتفعًا بطبيعته. مكان تكون به درجة حرارة المياه دافئة لدرجة عدم تمكن أي حيوان مرجان من أي مكان آخر في العالم من النجاة. وهذا المكان هو البحر الأحمر، وهو منطقة تقع بين أفريقيا وآسيا. فقد تصل درجة حرارة المياه هناك إلى 33 درجة مئوية [5]، في حين أن درجة حرارة المحيطات والبحار في باقي بقاع العالم التي تعيش فيها حيوانات المرجان تبلغ 25 درجة مئوية.

وقد يبدو هذا الاختلاف في درجة الحرارة بين البحر الأحمر والأجزاء الأخرى في العالم اختلافًا طفيفًا، ولكنه في الواقع اختلاف كبير وخطير بالنسبة لحيوانات المرجان؛ لأنها شديدة التأثر بالتغيرات التي تطرأ على درجة الحرارة. إذن السؤال الآن: كيف تنعّمت حيوانات المرجان بالحياة لآلاف السنين في البحر الأحمر؟ يعتقد العلماء أن السبب وراء ذلك قد يكون الكائنات الحية الدقيقة المفيدة التي تمتلكها حيوانات المرجان تلك. فقد تكون تلك الكائنات الحية الدقيقة قد تطورت مع حيوانات المرجان وتكيفت مع درجات الحرارة المرتفعة للبحر الأحمر، لذا يمكنها منح حيوانات المرجان القوة الكافية لتقاوم درجات الحرارة المرتفعة هذه. وجعل هذا من البحر الأحمر مصدرًا محتملًا لدراسة معينات حيوية جديدة.

تُجرى بعض الدراسات في البحر الأحمر؛ لاكتشاف كائنات حية دقيقة جديدة مساعدة يُمكنها تحويل حيوانات المرجان التقليدية إلى حيوانات مرجان فائقة لديها القدرة على البقاء على قيد الحياة في درجات الحرارة المرتفعة. وإذا اكتشفنا مثل هذه الكائنات الحية الدقيقة، فسنتمكن من استخدامها في حماية حيوانات المرجان التي تعيش في مناطق أخرى من العالم وتعاني من درجات حرارة المياه المرتفعة. وقد يمنح ذلك حيوانات المرجان المُجهدة فرصةً أفضل لتظل على قيد الحياة، وقد ينقذ حياة كل الكائنات البحرية الأخرى التي تتخذ الشعاب المرجانية مأوى لها.

مسرد للمصطلحات

البناء الضوئي (Photosynthesis): ↑ عملية كيميائية يقوم بها العديد من الكائنات الحية (مثل: النباتات والكثير من الميكروبات)؛ من أجل استخدام الطاقة الضوئية في تصنيع السكر من ثاني أكسيد الكربون.

تبادل المنفعة (Mutualism): ↑ تفاعل بين نوعين أو أكثر من الكائنات الحية يستفيد منه كل كائن حي بطريقة ما.

المعينات الحيوية/البروبيوتك (Probiotics): ↑ كائنات حية مجهرية/دقيقة تقدم فوائد صحية عندما تتطفل على أحد العوائل.

العائل (Host): ↑ كائن حي يؤوي كائنًا حيًّا آخر كضيف، حيث يُفترض أن يحصل هذا الضيف على الغذاء من العائل ويتخذه كمأوى.

إقرار تضارب المصالح

يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.