العلماء يكتشفون نشاطا غير متوقع في بكتيريا "ميتة"

وباستخدام مخزون من الجسيمات المشحونة بالطاقة، بدلا من الوقود المعتاد، يمكن للبكتيريا أن تستجيب بنشاط للتغيرات الصغيرة في مستوى المغذيات لتحديد وقت الذروة للاستيقاظ.

ويتحدى هذا الاكتشاف فهم العلماء، ليس فقط لكيفية انتشار المرض، ولكن أيضا كيف يمكن للحياة أن تنجو في الحالات المتطرفة هنا على الأرض وما بعدها.

يقول عالم الأحياء الجزيئية والباحث الرئيسي، جورول سول، من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو: "يغير هذا العمل طريقة تفكيرنا في الأبواغ pollen التي كانت تعد كائنات خاملة. لقد أظهرنا أن الخلايا وهي في حالة سبات عميق لديها القدرة على معالجة المعلومات. واكتشفنا أن الأبواغ يمكنها إطلاق الطاقة الكهروكيميائية الكامنة المخزنة لديها لإجراء حساب حول بيئتها دون الحاجة إلى نشاط التمثيل الغذائي".

والأبواغ هي خلايا تحيط بالبكتيريا وتمكنها من البقاء على قيد الحياة عند اشتداد قساوة الظروف المحيطة.

وتستيقظ الأبواغ عن طريق إعادة الترطيب وإعادة تشغيل الأيض ووظائف الأعضاء. ولكن حتى الآن لم يعرف العلماء ما إذا كانت الأبواغ تستطيع مراقبة بيئتها "أثناء نومها" من دون الاستيقاظ. على وجه الخصوص، لم يكن معروفا كيف تتعامل الأبواغ مع الإشارات البيئية الغامضة التي لا تشير بوضوح إلى ظروف مواتية.

وتعد الأبواغ أحد أساليب البقاء الرئيسية لدى البكتيريا، بحيث تنغلق داخلها، وتظل في حالة خمول وجفاف محاطة بالطبقة الواقية لمئات السنين، أي تتمكن هكذا من البقاء على قيد الحياة في ظل الحرارة والضغط الشديدين، وحتى في الفضاء الخارجي.

وهذا ليس مجرد نوم عميق، حيث أن البكتيريا تكون، بشكل أساسي "ميتة" من الناحية الفسيولوجية، مع عدم وجود أيض. لكنها تعرف بطريقة ما متى تكون الظروف مناسبة للاستيقاظ مرة أخرى.

والأبواغ البكتيرية توضح كيف يمكن لأمراض مثل الجمرة الخبيثة، التي تسببها البكتيريا الخبيثة Bacillus anthracis، أن تعيش لفترات طويلة دون ماء أو مغذيات في البريد،  أن تصبح في غضون لحظات من التعرض لظروف مناسبة من الترطّب والتمثيل الغذائي مجددا، ما يسمح لها بأن تصبح معدية مرة أخرى.

إقرأ المزيد

تصميم "صرصور سايبورغ" يمكن توجيهه عن بعد!

ولكن كيف تعرف الأبواغ بالضبط متى تستيقظ؟

قد تؤدي الاستجابة لكل قطرة من الرطوبة أو نفحة من المغذيات إلى إهدار الكثير من الطاقة إذا لم تستمر الأوقات الجيدة لفترة طويلة. ومع ذلك، فإن انتظار وليمة قد يعني أيضا ضياع الفرص.

ولمزيد من إثارة هذا الأمر، اختبر سويل وفريقه الآلاف من جراثيم العصوية الرقيقة الخاملة. وتعد هذه البكتيريا غير ضارة للإنسان، كما أنها تحمل الرقم القياسي لأطول وقت على قيد الحياة في الفضاء.

فقاموا بقياس ما إذا كانت الأبواغ تستطيع التقاط نبضات متعددة قصيرة العمر من العناصر الغذائية التي يتم إرسالها إلى بيئتها - وهي إشارات لن تكون بشكل عام قوية بما يكفي لتحفيز الجراثيم للعودة إلى الحياة.

وكما كان متوقعا، لم تكن واحدة أو اثنتان فقط من هذه النبضات الغذائية كافية لإيقاظ البكتيريا. ولكن مع مرور الوقت، بدا أن التأثير التراكمي يحدث، وبطريقة ما، كانت البكتيريا قادرة على الحفاظ على النتيجة وتشغيلها مرة أخرى بعد عدد معين من الإشارات.

وتمكن الفريق أيضا من مراقبة التغيرات في نشاط الأبواغ استجابة لهذه الإشارات القصيرة العمر، فأظهر أن البكتيريا كانت تستخدم الطاقة المخزنة في شكل أيونات البوتاسيوم (K+) مع كل مُدخلات.

إقرأ المزيد

وأخيرا.. كشف سر قدرة "كائنات شبه خالدة" على البقاء حية لعقود بدون ماء!

وباستخدام نموذج رياضي لشرح ما كان يحدث، أظهر الفريق أن كل إشارة تؤدي إلى إطلاق أيونات البوتاسيوم، وبمرور الوقت أصبحت أيونات البوتاسيوم قوية بما يكفي لتحفيز البكتيريا على الاستيقاظ مجددا.

ويُعرف هذا بإستراتيجية معالجة الإشارات التراكمية، وهو يمنع البكتيريا من الاستيقاظ مبكرا إذا كانت الظروف غير مناسبة تماما.

وكتب الباحثون في ورقتهم البحثية: "تكشف هذه النتائج عن آلية اتخاذ القرار التي تعمل في الخلايا غير النشطة من الناحية الفسيولوجية". وفي بعض النواحي، هذه استراتيجية تطورية مألوفة جدا.

ويقول سويل: "إن الطريقة التي تعالج بها الأبواغ المعلومات مشابهة لكيفية عمل الخلايا العصبية في أدمغتنا".

ومع ذلك، على عكس الخلايا العصبية، وهي خلايا متعطشة للطاقة بشكل لا يصدق، كانت الأبواغ قادرة على القيام بذلك دون أي طاقة أيضية على الإطلاق، فقط البوتاسيوم المخزن.

وهناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به، لكن هذا الاكتشاف يتحدى فهمنا للبكتيريا النائمة على أنها "ميتة"، كما يعيد صياغة كيفية تقييمنا لعلامات وجود حياة خارج كوكب الأرض في المستقبل.

المصدر: ساينس ألرت