میکروب ها در انتهای زمین: تنوع زیستی پنهان قطب جنوب

توسط Caray A Walker، Melody Clark، The Conversation

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

وقتی به قطب جنوب فکر می کنیم، بسیاری از مردم پنگوئن ها، فوک ها و نهنگ ها را تصور می کنند. با این حال، اکثر شگفتی های علمی قطب جنوب بدون میکروسکوپ قابل مشاهده نیستند. این جوامع میکروبی شالوده اکوسیستم های قطب جنوب را تشکیل می دهند، اما برای اکثر بازدیدکنندگان تا حد زیادی نامرئی باقی می مانند.

تحقیقات اخیر منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم نشان داد که به نظر می رسد برخی از میکروب هایی که در خاک های قطب جنوب زندگی می کنند در هیچ کجای زمین وجود نداشته باشند. این باور دیرینه دانشمندان را به چالش می کشد که میکروب ها به راحتی پراکنده می شوند و بنابراین در همه جا یافت می شوند.

قطب جنوب یکی از منزوی ترین و خشن ترین محیط های زمین است. ارگانیسم های آن باید با سرمای شدید، خشکی، تشعشعات شدید UV و مواد مغذی محدود دست و پنجه نرم کنند که فشارهای انتخابی منحصر به فرد در قاره ایجاد می کند. دمای خاک می تواند از حدود 8 درجه سانتی گراد (46 درجه فارنهایت) در طول تابستان تا زیر 25- درجه سانتی گراد (13- درجه فارنهایت) در زمستان متغیر باشد در حالی که دمای هوا می تواند به زیر 40- درجه سانتی گراد (40- درجه فارنهایت) برسد. نوسانات سریع دما رایج است که شرایط چالش برانگیزی را برای زندگی ایجاد می کند.

در حالی که سرمای شدید در قطب شمال نیز رخ می دهد، این انزوای جغرافیایی تاریخی است که تکامل به سرما را در قطب جنوب مشخص می کند. گونه های قطب جنوب به مدت 10 تا 15 میلیون سال به طور موثر در سرما از بقیه سیاره توسط جریان دور قطبی جدا شده اند، در حالی که قطب شمال هنوز به شدت به سایر قاره ها متصل است و تنها برای حدود 1.5 میلیون سال سرد بوده است.

محققان سویه‌های باکتری Arthrobacter را از قطب جنوب مطالعه کردند و آنها را با نمونه‌هایی از سایر محیط‌های سرد و خشک مانند صحرای آتاکاما، سوالبارد و فلات تبت مقایسه کردند. آن ها گونه های متمایز قطب جنوب را پیدا کردند که به نظر می رسد در انزوا در این قاره تکامل یافته اند، که نشان می دهد شرایط قطب جنوب به جوامع میکروبی منحصر به فرد در دوره های طولانی اجازه رشد داده است.

این واقعیت که قطب جنوب ممکن است خانه ارگانیسم‌هایی باشد که در هیچ کجای دیگر یافت نمی‌شوند، سؤالات مهمی را در مورد تکامل، حفاظت و بیوتکنولوژی ایجاد می‌کند - و به‌ویژه اینکه چگونه می‌توانیم چنین تنوع زیستی سازگار با سرما را در جهان گرم‌تر حفظ کنیم.

این میکروب ها صرفا کنجکاوی بیولوژیکی نیستند. آنها نقش اساسی در چرخه مواد مغذی دارند و پایه شبکه های غذایی قطب جنوب را تشکیل می دهند.

موجودات قطب جنوب راه حل های بیولوژیکی قابل توجهی را برای زنده ماندن در شرایطی که برای سایر موجودات مخرب است، تکامل داده اند. آنها می توانند دمای هوا را اغلب به طور دائم زیر صفر درجه سانتیگراد (32 درجه فارنهایت)، خشک شدن شدید در خاک های بدون بارندگی سالانه و قرار گرفتن طولانی مدت در معرض سطوح بالای UV-B در تابستان قطب جنوب تحمل کنند.

همان سازگاری هایی که به ارگانیسم های قطب جنوب اجازه زنده ماندن می دهد ممکن است کاربردهای عملی عمده ای داشته باشد. به عنوان مثال، تحقیقات خود ما که در سال 2025 منتشر شد، پتانسیل ضد میکروبی باکتری های کشت شده از هشت گونه بی مهرگان دریایی قطب جنوب، مانند خیار دریایی، ستاره های دریایی و شقایق ها را بررسی کرد. ما دریافتیم که دو سویه از این باکتری ها (سایکروباکتر و سودوموناس) می توانند رشد میکروارگانیسم های با اهمیت بالینی مانند استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین، میکروکوکوس لوتئوس و کاندیدا آلبیکنس را در آزمایشات آزمایشگاهی مهار کنند.

همانطور که قطب جنوب منبع بالقوه داروها و آنزیم های جدید است، موقعیت جغرافیایی ایزوله آن به این معنی است که یک اکوسیستم محافظت شده است و اغلب به عنوان "آخرین بیابان بزرگ" از آن یاد می شود. فعالیت‌های انسانی مانند گردشگری و افزایش فعالیت‌های علمی می‌تواند خطر معرفی میکروارگانیسم‌ها و بیماری‌های غیربومی را به جوامع قطب جنوب، که در انزوا نسبی تکامل یافته‌اند و ممکن است در برابر ارگانیسم‌های معرفی‌شده انعطاف‌پذیری نداشته باشند، ایجاد کند.

تحقیقات اخیر از آزمایشگاه ما مقاومت ضد میکروبی (AMR) ناشی از انسان را بررسی کرد. مقاومت ضد میکروبی که هم بر حیوانات و هم بر انسان تأثیر می‌گذارد، یک مسئله جهانی است، به این معنی که برخی از داروهایی که برای درمان عفونت‌ها استفاده می‌شوند دیگر اثری ندارند و برخی عفونت‌ها را غیرقابل درمان می‌گذارند. تحقیقات ما به طور خاص به وسعت AMR در اطراف ایستگاه تحقیقاتی روترا (که توسط بریتانیا اداره می شود) در شبه جزیره قطب جنوب بررسی شد.

به طور کلی، مطالعه ما نشان می دهد که فاضلاب تصفیه شده تنها تأثیر محدودی بر جوامع میکروبی دریایی اطراف دارد.

با این حال، زمانی که ما این باکتری ها را در آزمایشگاه خود پرورش دادیم، دیدیم که باکتری ها به راحتی با دمای گرمتر سازگار می شوند، که نشان می دهد افزایش دما در سراسر جهان می تواند این میکروب ها را تغییر دهد. این بدان معناست که آنها دیگر ممکن است برخی از محصولات بالقوه ای را که ما می توانیم از آنها استفاده کنیم، تولید نکنند، مانند آنزیم های سازگار با سرما، که به طور موثر در دمای اتاق کار می کنند.

اکثریت قریب به اتفاق واکنش‌های صنعتی و شیمیایی با استفاده از آنزیم‌ها اغلب به مقادیر زیادی انرژی برای کارکرد آن‌ها نیاز دارند. اگر می‌توانستیم نسخه‌های «سازگار با سرما» این آنزیم‌ها را شناسایی کرده و آنها را در فرآیندهای تولید در مقیاس بزرگ معرفی کنیم، نیازهای انرژی خود را کاهش می‌دادیم و به سمت انتشار صفر خالص حرکت می‌کردیم.

میکروب‌های قطب جنوب مانند پنگوئن‌ها، فوک‌ها یا نهنگ‌ها توجه عمومی را به خود جلب نمی‌کنند، اما برخی از متمایزترین تنوع زیستی این قاره را نشان می‌دهند. آنها همچنین فرآیندهای اکوسیستمی کلیدی را هدایت می کنند که آن حیوانات محبوب به آنها وابسته هستند. بنابراین، تغییرات در تنوع زیستی میکروبی ممکن است عواقبی داشته باشد که بسیار فراتر از خود میکروب ها باشد.

اگر بخواهیم ارزش اکولوژیکی و پتانسیل آینده آن را حفظ کنیم، حفاظت از این تنوع زیستی عمدتا دیده نشده در برابر تغییرات آب و هوایی و افزایش فعالیت های انسانی ضروری است.

اطلاعات مجله: مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →

این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.