الحياة تزدهر في أعماق الأرض

من أزهار وطيور الغابات المطيرة المبهجة إلى أقواس قزح حية للشعاب المرجانية، يعج سطح الأرض بالحياة. ولكن بعضًا من أكثر بيئاتها الحيوية تنوعًا وسحرًا تزدهر في الظلام أدناه. كنا نعتقد أن باطن الأرض كان مكانًا بعيدًا عن المثالية للكائنات الحية. تتمتع الموائل التي يمكنها امتصاص الضوء والدفء من الشمس بالطاقة اللازمة لدعم العديد من أشكال الحياة، ولذلك كانت تُعتبر الأكثر تنوعًا. هذا الرأي يتغير الآن. بقيادة إميل راف من مختبر الأحياء البحرية (MBL)، وودز هول، ماساتشوستس، كشفت أبحاث جديدة عن مجتمعات من الميكروبات تحت الأرض تكاد تكون متنوعة - وأحيانًا أكثر - من الشعاب المرجانية والغابات المطيرة. وجد راف وفريقه أن البكتيريا والعتائق تحت السطحية تزدهر، حتى في الأعماق حيث يكون إمداد الطاقة أقل بكثير مما تتمتع به الكائنات الحية في الموائل التي ترى الشمس. قال الباحثون في دراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة "ساينس أدفانسز": "قد تستضيف النظم البيئية تحت السطحية أكثر من نصف الخلايا الميكروبية".

الحفر بشكل أعمق

لقد تكيفت الميكروبات لتعيش في كل مكان تقريبًا. ابتداءً من عام ٢٠١٦، بدأ راف بجمع عينات من الموائل السطحية والجوفية في جميع أنحاء العالم، وذلك في إطار ما يُتوقع أن تكون أول دراسة عالمية تُقارن الميكروبيوم فوق السطح وتحته. كما أنها من أوائل الدراسات التي تُقارن تركيب وتنوع النظم البيئية تحت السطحية للأرض والمحيط. جاءت عينات البكتيريا والعتائق الجوفية (والتي لا يُمكن الوصول إلى العديد منها إلا عبر المناجم أو الآبار) من الصخور وطبقات المياه الجوفية والرواسب العميقة الموجودة في الصحاري والينابيع وقاع المحيط وغيرها من الموائل. أُخذت عينات سطحية من الرواسب الضحلة إلى جانب مياه المحيطات والبحيرات. كما شملت عينات من السطح البيني. الواجهات هي بيئات تقع على حافة السطح وتحت السطح، مثل الكهوف والفتحات الحرارية المائية، حيث قد تتأثر الكائنات الحية على السطح بعمليات تحدث تحت السطح، مثل التسرب، أو العكس. في هذه الدراسة، تم تحديد تنوع البكتيريا والعتائق في كل عينة على حدة باستخدام تسلسلات الحمض النووي، واستُخدم التنوع الموجود في جميع العينات من منطقة حيوية معينة لتحديد التنوع الإجمالي لتلك المنطقة. قورنت الموائل البحرية والبرية، بالإضافة إلى البيئات السطحية وتحت السطحية. وقد نتج عن جهد دام قرابة عقد من الزمان اكتشاف بعض التفاصيل الجديدة حول الحياة تحت السطح.

في الظلام الدامس والرطب

أين كانت أكثر مجموعات البكتيريا والعتائق تنوعًا؟ اكتشف الباحثون أن "ثراء الأنواع وانتظامها في العديد من البيئات تحت السطحية ينافسان مثيليهما في البيئات السطحية"، كما ذكروا في الدراسة نفسها. على مستوى العينات الفردية، كانت العتائق تحت السطحية الأكثر تنوعًا في المحاليل الملحية والكهوف والتسربات الباردة والينابيع وأعماق البحار. كانت البكتيريا تحت السطحية الأكثر تنوعًا في الكهوف والرواسب البحرية لكل عينة. كان التنوع الكلي للعتائق أعلى في البيئات البحرية تحت السطحية والبيئات البينية، بينما كان التنوع البكتيري الكلي أعلى أيضًا في البيئات البينية. تشمل العتائق الأكثر وفرة في باطن البحر يورياركيوتا وأسغارركيوتا. تميل يورياركيوتا إلى الازدهار في درجات الحرارة العالية، وتُقلل ثاني أكسيد الكربون لتوليد الميثان. يُستخدم بالفعل إنتاج الميثان من العتائق الميثانوجينية الأخرى كوقود، وهذا ما يجعل هذه الكائنات الحية مفيدة بشكل خاص. تُعدّ بكتيريا أسغارا أركيوتا أقرب أقارب الكائنات الحية القديمة لحقيقيات النوى، أو جميع الكائنات الحية التي تحتوي خلاياها على نواة داخل غشاء، بما في ذلك نحن البشر. هناك اهتمام خاص بدراسة بكتيريا أسغارا أركيوتا لمزيد من الفهم لكيفية تطور الحياة حقيقية النوى. النيتروسبيروتا شعبة من البكتيريا القديمة شائعة بشكل خاص في باطن الأرض. بعض أنواع النيتروسبيروتا قادرة على أكسدة الأمونيا، بينما يمكن لأنواع أخرى اختزالها إلى نتريت، والذي تستخدمه العوالق النباتية، كما أنه يحمي من مسببات الأمراض في معدة الإنسان وفمه وجلده. البروتيوبكتيريا شعبة بكتيرية شائعة بشكل خاص في باطن الأرض والبحر. تعيش بعض البروتيوبكتيريا في خنادق المحيطات العميقة، وتؤكسد أول أكسيد الكربون (الذي يساهم في الاحتباس الحراري ويستنزف الأوزون). تشمل البكتيريا الشائعة أيضًا في باطن البحر ديسولفوباكتيريا وميثيلوميرابيلوتا. تُختزل البكتيريا المُزيلة للكبريتات الكبريتات، وقد أظهرت أنواع أخرى من البكتيريا المُختزلة للكبريتات إمكانية استخدامها للمساعدة في تنظيف التربة الملوثة. تُساعد ميثيلوميرابيلوتا على التحكم في مستويات الميثان في الغلاف الجوي عن طريق أكسدة الميثان.

أمر غير متوقع

ازداد التنوع الكلي مع العمق. كان هذا مُفاجئًا نظرًا لانخفاض الطاقة المُتاحة في المستويات الأعمق من باطن الأرض. بالنسبة للعتائق، ازداد التنوع مع زيادة العمق في البيئات الأرضية، ولكن ليس في البيئات البحرية. حدث الشيء نفسه مع البكتيريا، باستثناء البيئات البحرية بدلًا من البيئات الأرضية. لا يزال الكثير مما يقع تحت أقدامنا بعيدًا عن متناولنا. يُشير راف إلى أن الميكروبات وحيدة الخلية الموجودة في مستويات أعمق، وإن لم تُستكشف بعد، من باطن الأرض ربما تكون قد تكيفت مع نقص الطاقة عن طريق إبطاء عمليات أيضها بشكل كبير لدرجة أن انقسامها مرة واحدة قد يستغرق عقودًا، بل قرونًا. إذا كانت هناك بالفعل ميكروبات تعيش أطول من البشر بهذه الحيلة للبقاء، فمن المحتمل وجود أنواع مماثلة مختبئة على كواكب مثل المريخ، حيث تعرض سطحه للإشعاع لفترة طويلة. وصرح راف في بيان صحفي: "إن فهم الحياة في أعماق الأرض قد يكون نموذجًا لاكتشاف ما إذا كانت هناك حياة على المريخ، وما إذا كانت قد نجت". ربما تتمكن التكنولوجيا المستقبلية من استخراج عينات من عمق عدة كيلومترات تحت سطح المريخ. إلى ذلك الحين، استمروا في الحفر.