كشف بحث جديد أن الديدان البحرية تهضم الخشب باستخدام ميكروبات تكافلية في أمعائها، وهو اكتشاف يقلب المعرفة السابقة رأساً على عقب وله آثار كبيرة على التكنولوجيا الحيوية والنمذجة البيئية. مقطع عرضي من دعامات رصيف بلفاست مليئة بثقوب دودة السفن. ائتمان: باري جودل
إن الكشف عن أسرار الرخويات الأكثر روعة وتدميرًا في العالم يمكن أن يؤثر على كل شيء بدءًا من تغير المناخ وحتى الصحة العامة.
لقد عذبت الأساطيل اليونانية القديمة، وساهمت في غرق كريستوفر كولومبوس، وساهمت في غرق الأرمادا الإسبانية، وتسببت في انهيار أرصفة خليج سان فرانسيسكو في البحر، لكن حتى الآن، لم يتمكن العلماء من تحديد كيفية ديدان السفينة بالضبط. – عائلة من الرخويات – قادرة على التسبب في مثل هذا الضرر. اكتشف فريق من الباحثين، بقيادة مشتركة من جامعة ماساتشوستس أمهرست وجامعة بليموث، إلى جانب متعاونين من جامعة ماين وكلية الطب بجامعة ماساتشوستس تشان، أن مجموعة من الميكروبات التكافلية، تعيش في عضو فرعي مهمل من الأمعاء ويسمى “تيفلوسول”، وله القدرة على إفراز الإنزيمات اللازمة لهضم مادة اللجنين، أقوى جزء في الخشب.
يقول روبين شيبواي، المؤلف المشارك في البحث الذي نُشر مؤخرًا في مجلة “إن ديدان البحر حيوانات مهمة جدًا”. التدهور البيولوجي الدولي والتحلل البيولوجي والذي بدأ هذا العمل كجزء من زمالة ما بعد الدكتوراه في جامعة UMass Amherst. “إنهم موجودون في جميع محيطات العالم، ولم يغيروا التاريخ فحسب، بل إنهم أيضًا مهندسون للنظام البيئي ويلعبون دورًا أساسيًا في دورة الكربون في البيئات المائية. إنه لأمر مدهش أننا لم نفهم تماما كيف يفعلون ذلك.
هضم الخشب عن طريق ديدان السفن
Le bois est une substance miraculeuse : flexible et résistante, sa cellulose filandreuse mais nutritive peut constituer un excellent repas, mais uniquement pour les êtres vivants capables de la digérer et également de traverser la couche de lignine, une substance résistante semblable à une armure qui entoure خشب. السليلوز بمثابة غلاف يحفز الغضب حول علاجك المفضل. لقد عرف علماء الأحياء الدقيقة منذ فترة طويلة أن الحيوانات القادرة على هضم اللجنين، مثل النمل الأبيض، تؤوي مستعمرات تكافلية متخصصة من الميكروبات في أمعائها والتي تقوم بتفكيك اللجنين نيابة عنها. “لكن” يقول المؤلف الرئيسي باري جودل، أستاذ علم الأحياء الدقيقة المتقاعد حديثًا في جامعة ماساتشوستس أمهرست والأستاذ الفخري في جامعة ماين: “كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن الجهاز الهضمي للدودة البحرية كان عقيمًا تقريبًا”.
دودة البحر هي في الواقع حيوان رخوي موجود في جميع محيطات العالم. الائتمان: طريق روبن البحري
فكيف تفعل ديدان السفن ما تفعله؟
لقد أمضى جودل وشيبواي الجزء الأكبر من العقد الماضي في محاولة الإجابة على هذا السؤال. اختبار الفرضيات المبتكرة المختلفة– ولم يكشف أحد سر ديدان السفينة.
يقول جودل: “لقد قررنا أن ننظر بعناية شديدة إلى أمعاء الدودة البحرية مرة أخرى، في حالة ما إذا كان الباحثون قد أغفلوا شيئًا ما على مدار المائة عام الماضية”.
في الواقع، يبدو أن هذا هو الحال.
لقد اتضح أن ديدان السفن لديها عضو فرعي غريب يسمى تيفوسول – يقول شيبواي: “يبدو مثل شارب سلفادور دالي مقلوبًا رأسًا على عقب”، وهو جزء لا يتجزأ من الجهاز الهضمي للرخويات. كان الباحثون السابقون يعتقدون أنه بمثابة بنية خليط، ولكن عندما قام جودل وشيبواي بتنفيذ أعمال استزراع دقيقة، قاموا بعد ذلك باستدعاء المرافق الموجودة في مختبر أرجون الوطني لتحليل الميتاجينوم بالإضافة إلى تقنية الفحص المجهري لمسبار الجينات المتقدم في مختبر أرجون الوطني. اكتشفوا في معهد UMass Amherst لعلوم الحياة التطبيقية ما تجاهلته أجيال من الباحثين: مجموعات مخفية من البكتيريا المتعايشة القادرة على إنتاج إنزيمات هضم اللجنين.
Barry Goodell (UMass Amherst) يتفقد الخشب المليء بالثقوب الدودية. ائتمان: باري جودل
التطبيقات المحتملة والتأثير البيئي
لا يساعد هذا البحث في حل لغز طويل الأمد فحسب، بل قد يكون للنتائج أيضًا تطبيقات عملية مهمة. Les entreprises de biotechnologie recherchent de nouvelles enzymes capables de digérer les substrats récalcitrants plus efficacement que ne le permettent les processus bio-industriels actuels, et de nouvelles sources d'enzymes capables d'ouvrir la structure des résidus de biomasse sont très importantes pour développer ce مجال. بالإضافة إلى ذلك، أثبتت الكائنات المتعايشة السابقة مع دودة السفينة أنها كنز من المنتجات الطبيعية، مثل المضادات الحيوية الجديدة المضادة للطفيليات، والتي قد يكون لها آثار كبيرة على صحة الإنسان.
على جبهة تغير المناخ، يمكن لأبحاث مثل هذه أن تساعد في تحسين النماذج التي تتنبأ بتأثير ثاني أكسيد الكربون2 ويتم إطلاق غازات الدفيئة الأخرى في البيئة، خاصة وأن كميات كبيرة من الحطام الخشبي الموجود على الأرض ينتهي بها الأمر في المحيط، حيث يمر جزء كبير منها عبر أمعاء دودة السفينة.
وأخيرا حيوان آخر صِنف، بما في ذلك الرخويات الأخرى، ودودة الأرض الشائعة، وحتى مراحل الشرغوف من الضفادع، تمتلك أيضًا التيفوسول الذي لم تتم دراسته على نطاق واسع من قبل. إذا تم اكتشاف تكافلات مشابهة لتلك الموجودة في ديدان السفن في هذه الحيوانات، فقد يغير ذلك فهمنا لكيفية شق هذه الحيوانات طريقها أيضًا في العالم. يقول جودل عن البحث: “إنه أمر مُرضٍ للغاية”. “لقد حاولنا حل هذا اللغز لسنوات واكتشفنا أخيرًا السر الخفي للمتعايش البكتيري لدودة السفينة.”
المرجع: “التقرير الأول عن التكافلات الميكروبية في الجهاز الهضمي لديدان السفن؛ “الرخويات الثاقبة للخشب” بقلم باري جودل، وجيمس تشامبرز، ودويل في. وارد، وسيسيليا ميرفي، وإيلين بلاك، ولوكا بونجي كيكوتي مانسيليو، وجابرييل بيريز جونزاليس، وجي. روبين شيبواي، 5 يونيو 2024، التدهور البيولوجي الدولي والتحلل البيولوجي.
دوى: 10.1016/j.ibiod.2024.105816
