العلماء يكتشفون المحرك السري لتغير المناخ

تكشف الدراسة أن الكائنات الحية الدقيقة، بمجرد إصابتها، تحتوي على جينات جديدة لتوليد الميثان.

كشفت دراسة حديثة أن الفيروسات التي تصيب الميكروبات تساهم في تغير المناخ من خلال لعب دور رئيسي في تدوير غاز الميثان، وهو أحد غازات الدفيئة القوية، عبر البيئة.

من خلال تحليل ما يقرب من 1000 مجموعة من الميتاجينوميات الحمض النووي من خلال بيانات من 15 موطنًا مختلفًا، بدءًا من البحيرات المختلفة إلى داخل معدة البقرة، وجد الباحثون أن الفيروسات الميكروبية تحمل عناصر وراثية خاصة للتحكم في عمليات غاز الميثان، تسمى الجينات الأيضية المساعدة (AMGs). اعتمادًا على المكان الذي تعيش فيه الكائنات الحية، يمكن أن يختلف عدد هذه الجينات، مما يشير إلى أن التأثير المحتمل للفيروسات على البيئة يختلف أيضًا بناءً على موطنها.

وقال تشيبينغ تشونغ، المؤلف الرئيسي للدراسة والباحث المشارك في مركز بيرد بولار وأبحاث المناخ بجامعة ولاية أوهايو، إن هذا الاكتشاف يضيف قطعة حيوية لفهم أفضل لكيفية تفاعل الميثان وتحركه داخل النظم البيئية المختلفة.

وقال تشونغ، وهو أيضًا عالم ميكروبيولوجي تدرس أبحاثه كيفية تطور الميكروبات في بيئات متنوعة: “من المهم أن نفهم كيف تحرك الكائنات الحية الدقيقة عمليات الميثان”. “لقد تمت دراسة المساهمات الميكروبية في عمليات استقلاب الميثان لعقود من الزمن، لكن الأبحاث في المجال الفيروسي لا تزال غير مدروسة إلى حد كبير ونريد معرفة المزيد.”

ونشرت الدراسة في المجلة اتصالات الطبيعة.

دور الفيروسات في انبعاثات الغازات الدفيئة

ساعدت الفيروسات في تعزيز جميع العمليات البيئية والجيوكيميائية الحيوية والتطورية على الأرض، لكن العلماء بدأوا في استكشاف روابطها بتغير المناخ فقط مؤخرًا نسبيًا. على سبيل المثال، يعد الميثان ثاني أكبر محرك لانبعاثات الغازات الدفيئة بعد ثاني أكسيد الكربون، ولكنه ينتج إلى حد كبير عن طريق كائنات وحيدة الخلية تسمى العتائق.

وقال ماثيو سوليفان، المؤلف المشارك للدراسة وأستاذ علم الأحياء الدقيقة في مركز علوم الميكروبيوم في ولاية أوهايو: “الفيروسات هي الكيان البيولوجي الأكثر وفرة على وجه الأرض”. “هنا، قمنا بتوسيع ما نعرفه عن تأثيراتها عن طريق إضافة جينات دورة الميثان إلى القائمة الطويلة من الجينات فايروس– الجينات الأيضية المشفرة. سعى فريقنا إلى الإجابة على مقدار فيروسات “الاستقلاب الميكروبي” التي تتلاعب فعليًا أثناء العدوى.

وقال تشونغ إنه على الرغم من أن الدور الحيوي الذي تلعبه الميكروبات في تسريع ظاهرة الاحتباس الحراري أصبح معروفًا الآن جيدًا، إلا أنه لا يُعرف سوى القليل عن كيفية تأثير الجينات المرتبطة باستقلاب الميثان والمشفرة بواسطة الفيروسات التي تصيب هذه الميكروبات على إنتاج الميثان. إن حل هذا اللغز هو ما دفع تشونغ وزملائه إلى قضاء ما يقرب من عقد من الزمن في جمع وتحليل عينات الحمض النووي الميكروبية والفيروسية من الخزانات الميكروبية الفريدة.

ومن أهم الأماكن التي اختارها الفريق للدراسة هي بحيرة فرانا، وهي جزء من محمية طبيعية في كرواتيا. داخل رواسب البحيرة الغنية بالميثان، وجد الباحثون وفرة من الجينات الميكروبية التي تؤثر على إنتاج الميثان والأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، اكتشفوا مجتمعات فيروسية متنوعة واكتشفوا 13 نوعًا من AMGs التي تساعد في تنظيم عملية التمثيل الغذائي لمضيفها. على الرغم من ذلك، لا يوجد أي دليل على أن هذه الفيروسات تشفر بشكل مباشر جينات استقلاب الميثان بنفسها، مما يشير إلى أن التأثير المحتمل للفيروسات على دورة الميثان يختلف حسب موطنها، كما قال تشونغ.

التأثيرات على الثروة الحيوانية والبيئية

بشكل عام، كشفت الدراسة أن عددًا أكبر من استقلاب الميثان AMGs من المرجح أن يتم العثور عليه داخل البيئات المرتبطة بالمضيف مثل داخل معدة البقرة، في حين تم العثور على عدد أقل من هذه الجينات في الموائل البيئية، مثل رواسب البحيرة. وبما أن الأبقار والماشية الأخرى مسؤولة أيضًا عن توليد حوالي 40% من انبعاثات غاز الميثان العالمية، فإن عملهم يشير إلى أن العلاقة المعقدة بين الفيروسات والكائنات الحية والبيئة ككل قد تكون مرتبطة ببعضها البعض بشكل أكثر تعقيدًا مما كان يعتقده العلماء في السابق.

وقال تشونغ: “تشير هذه النتائج إلى أن التأثيرات العالمية الناجمة عن الفيروسات يتم التقليل من شأنها، وتستحق المزيد من الاهتمام”.

على الرغم من أنه من غير الواضح ما إذا كانت الأنشطة البشرية قد أثرت على تطور هذه الفيروسات، يتوقع الفريق أن تؤدي الأفكار الجديدة المستمدة من هذا العمل إلى زيادة الوعي حول قوة العوامل المعدية التي تسكن جميع أشكال الحياة على الأرض. ومع ذلك، لمواصلة تعلم المزيد عن الآليات الداخلية لهذه الفيروسات، ستكون هناك حاجة إلى مزيد من التجارب لفهم المزيد عن مساهماتها في دورة الميثان على الأرض، كما قال تشونغ، خاصة وأن العلماء يعملون على إيجاد طرق للتخفيف من انبعاث الميثان الناتج عن الميكروبات.

وقال: “هذا العمل هو خطوة البداية لفهم التأثيرات الفيروسية لتغير المناخ”. “لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه.”

المرجع: “تختلف الإمكانات الفيروسية لتعديل استقلاب الميثان الميكروبي حسب الموطن” بقلم Zhi-Ping Zhong، وJingjie Du، وStephan Köstlbacher، وPetra Pjevac، وSandi Orlić، وMatthew B. Sullivan، 29 فبراير 2024، اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-024-46109-x

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم، ومؤسسة العلوم الكرواتية، ومؤسسة جوردون وبيتي مور، ومؤسسة هايسينج سيمونز، والاتحاد الأوروبي، ووزارة الطاقة الأمريكية. من بين المؤلفين المشاركين جينجي دو من ولاية أوهايو، بالإضافة إلى ستيفان كوستلباكر وبيترا بيجيفاتش من جامعة فيينا، وساندي أورليتش من معهد رودير بوشكوفيتش.