کشف باکتری‌های نیتروژن‌ساز زیر یخ‌های قطب شمال

دانشمندان گونه‌های ویژه‌ای از حیات را در زیر یخ‌های دریای قطب شمال کشف کرده‌اند که در این محیط تاریک و منجمد به‌خوبی رشد می‌کنند. تا پیش از این، وجود حیات در چنین شرایطی غیرممکن به نظر می‌رسید، اما این کشف می‌تواند پیامدهایی جهانی برای درک ما از اقلیم زمین داشته باشد.

کد خبر: ۸۹۲۱۹۱

تاریخ: ۰۶ آبان ۱۴۰۴ - ۱۶:۰۵

به گزارش انتخاب و به نقل از  sciencealert؛ گاز نیتروژن حدود ۷۸ درصد جوّ زمین را تشکیل می‌دهد و برای ادامه‌ی زندگی تمام موجودات زنده ضروری است. با این حال، بیشتر ارگانیسم‌ها نمی‌توانند از نیتروژن موجود در هوا استفاده کنند، مگر آن‌که ابتدا به آمونیاک یا آمونیوم تبدیل شود.

میکروب‌هایی که می‌توانند نیتروژن را مستقیماً از هوا جذب و تثبیت کنند، نیتروژن‌ثابت‌کننده نام دارند و آن‌ها منبع اساسی مواد مغذی برای کل اکوسیستم‌ها به شمار می‌آیند. پیش‌تر تصور می‌شد که در اقیانوس‌ها، این میکروب‌ها فقط در آب‌های گرم و استوایی یافت می‌شوند.

اما اکنون می‌دانیم که این تصور اشتباه بوده است.

«تا مدت‌ها باور بر این بود که تثبیت نیتروژن در زیر یخ‌های دریا امکان‌پذیر نیست، چون شرایط زیستی برای ارگانیسم‌هایی که این کار را انجام می‌دهند، بسیار نامساعد است»،

می‌گوید لیزا فون فریزن، زیست‌شناس و نویسنده‌ی اصلی این پژوهش از دانشگاه کپنهاگ.

او اضافه می‌کند: «ما اشتباه می‌کردیم.»

تنها در دهه‌ی گذشته بود که پژوهشگران شروع کردند به بررسی این فرضیه که اقیانوس قطب شمال ممکن است منبعی ناشناخته از باکتری‌های تثبیت‌کننده‌ی نیتروژن باشد.

هرچند پیش‌تر در آب‌های سرد قطب شمال نشانه‌هایی از این میکروب‌ها دیده شده بود، اما فون فریزن و همکارانش نخستین کسانی هستند که توانسته‌اند آن‌ها را در زیر یخ‌های دریایی شناسایی کنند.

نمونه‌های جمع‌آوری‌شده از اقیانوس مرکزی قطب شمال و بخش اوراسیایی آن، جامعه‌ای زنده از میکروب‌هایی را آشکار کردند که به «دیازوتروف‌های غیرسیانوباکتریایی (NCDs)» معروف‌اند — یعنی باکتری‌هایی که نیتروژن را تثبیت می‌کنند اما فتوسنتز انجام نمی‌دهند.

اگرچه هنوز به‌طور قطعی نشان داده نشده است که این میکروب‌ها واقعاً در قطب شمال نیتروژن را تثبیت می‌کنند، اما ژن‌های لازم برای انجام این کار را دارند و الگوی پراکندگی و فراوانی آن‌ها به‌وضوح نشان می‌دهد که در فعالیت‌های تثبیت نیتروژن منطقه نقش دارند.

اگر این فرض درست باشد، این شکل میکروسکوپی از حیات می‌تواند تأثیری جهانی داشته باشد.

ذوب یخ و تغییرات بزرگ در چرخه‌ی حیات دریا

پژوهشگران دریافتند که لبه‌های یخ دریای قطب شمال معمولاً بیشترین تراکم باکتری‌های تثبیت‌کننده‌ی نیتروژن و بالاترین میزان فعالیت نیتروژن‌سازی را دارند. این یافته نشان می‌دهد که با شتاب گرفتن ذوب یخ‌ها در اثر تغییرات اقلیمی، ممکن است تعداد بیشتری از این میکروب‌های خاص گسترش یابند — تغییری که می‌تواند شبکه‌ی غذایی دریا را دگرگون کرده و حتی بر جوّ زمین تأثیر بگذارد.

NCDها غذای اصلی جلبک‌ها را تأمین می‌کنند، و اگر جمعیت جلبک‌ها در قطب شمال افزایش یابد، ممکن است کل زنجیره‌ی غذایی غنی‌تر شود.

فون فریزن توضیح می‌دهد:

«چون جلبک‌ها منبع غذایی اصلی برای جانوران کوچک دریایی مانند سخت‌پوستان پلانکتونی هستند — که خود غذای ماهی‌های کوچک‌تر محسوب می‌شوند — افزایش تولید جلبک می‌تواند کل زنجیره‌ی غذایی را تحت تأثیر قرار دهد.»

تأثیر بر جذب کربن و مدل‌های اقلیمی

افزایش جلبک‌ها در قطب شمال ممکن است به معنای افزایش جذب دی‌اکسیدکربن از جوّ زمین نیز باشد.

به گفته‌ی لاسه ریمن، بوم‌شناس میکروبی دریایی:

«اگر تولید جلبک‌ها افزایش پیدا کند، اقیانوس قطب شمال CO₂ بیشتری جذب خواهد کرد، چون این گاز در زیست‌توده‌ی جلبکی ذخیره می‌شود.»

با این حال، او هشدار می‌دهد:

«سیستم‌های زیستی بسیار پیچیده‌اند، بنابراین نمی‌توان پیش‌بینی دقیقی داشت، چون ممکن است فرایندهای دیگری اثر معکوس بگذارند.»

ریمن تأکید می‌کند که اکنون روشن است باکتری‌های تثبیت‌کننده‌ی نیتروژن در قطب شمال باید در مدل‌های اقلیمی آینده لحاظ شوند.

در پایان، تیم پژوهش نتیجه‌گیری می‌کند:

«ذوب یخ‌های دریا ممکن است به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم، تثبیت نیتروژن را تحریک کند. ازاین‌رو، ما بر لزوم مدل‌سازی آینده‌ای متمرکز بر شدت و پویایی تثبیت نیتروژن در اقیانوس قطب شمال تأکید داریم.»