عالم البكتيريا.. قصة حياة

عالم البكتيريا.. قصة حياة| يكشف العلم الغطاء عن الحياة السرية للبكتيريا – ويكشف كيف أن أصغر الكائنات الحية هي المفتاح لفهم أنفسنا وبعض أسئلتنا الكبرى.

تعيش البكتيريا وتزدهر وتقاتل وتموت بمقدار تريليون في كل لحظة. إنهم يسبحون باستخدام محركات نانوية، ويقاتلون بالرماح. إنهم يشعرون ويتواصلون ويتذكرون. ومع اكتشاف العلماء المزيد عن هذه الكائنات الدقيقة، أصبح من الواضح أن البكتيريا تمارس تأثيرًا كبيرًا علينا، وتشكل ماضي الأرض وحاضرنا ومستقبلنا جميعًا. لقد أدركنا مؤخرًا مدى ارتباط حياتنا ارتباطًا وثيقًا بحياة البكتيريا. نحن نعيش حقا في عالم البكتيريا.

البكتيريا التي تبني العالم

لقد كانت الأرض عالمًا بكتيريًا منذ 3.5 مليار سنة على الأقل. في محيطات كوكبنا الشاب، كانت البكتيريا من بين أولى أشكال الحياة التي ظهرت. قبل وقت طويل من تطور النباتات أو الحيوانات، ازدهرت المستعمرات البكتيرية ونمت.

ومن ثم، ومن خلال حدثين غير عاديين، غيرت البكتيريا وجه الأرض. فمنذ 2.4 مليار سنة، بدأ نوع واحد من البكتيريا في إطلاق الأكسجين، مما أدى إلى خلق الغلاف الجوي كما نعرفه. وبعد ذلك بوقت قصير – على المقاييس الزمنية الكوكبية على الأقل – أنشأت البكتيريا الخلايا المعقدة اللازمة لتطور جميع أشكال الحياة النباتية والحيوانية. فقدقامت البكتيريا ببناء العالم الذي نعيش فيه اليوم.

مجالات الحياة

كانت الكائنات الحية الصغيرة تحكم العالم كله ذات يوم. حتى قبل ملياري سنة مضت، كانت الحياة على الأرض تنقسم إلى مجالين كبيرين: البكتيريا والعتائق ( البكتيريا الأقدم غير المتطورة ) منذ ذلك الوقت، ازدهر مجال ثالث للحياة، وهو حقيقيات النوى، جنبًا إلى جنب مع المجالين الآخرين. وتتكون من النباتات والفطريات والحيوانات، بما في ذلك نحن.
تتنوع البكتيريا بشكل لا يصدق، ويمكن أن تتخصص في العيش في أي مكان تقريبًا وتناول أي شيء تقريبًا. وهي تمثل، جنبًا إلى جنب مع العتائق، الشكل السائد للحياة على الأرض.

ما هي البكتيريا؟

البكتيريا هي أبسط المخلوقات التي نعتقد أنها حية.
أقل من 100 نوع من البكتيريا يمكن أن تسبب لك أي ضرر عن طريق التسبب في أمراض معدية. الغالبية العظمى من الأنواع إما تعيش في داخلك دون أن تؤذيك، أو تبتعد عن الشر، مثل الأبطال الخارقين المجهريين.

تمتلئ الخلايا البكتيرية بمادة تسمى السيتوبلازم، وهو خليط مركّز من البروتينات والمواد المغذية اللازمة للحياة. تحمل حلقة واحدة ملتوية ومضغوطة من الحمض النووي شفرتها الجينية، ولكن قد تحتوي أيضًا على جينات مفيدة تكميلية في حلقات صغيرة تسمى البلازميدات.

تحتوي بعض البكتيريا على أسواط تشبه الشعر والتي تدور، أو أشعار صغيرة قابلة للسحب تستخدمها مثل الخطافات.
البكتيريا تأتي في العديد من الأشكال والأحجام. يمكنك وضع 2000 من أصغرها في المليمتر الواحد، بينما يبلغ طول أكبرها أكثر من نصف مليمتر ويمكن رؤيتها بالعين المجردة.

أشكال الحياة الأولى على الأرض

كانت الأرض عبارة عن كتلة صخرية قاحلة شديدة الحرارة عندما تشكلت قبل 4.54 مليار سنة. انبعثت الغازات من باطن الكوكب أثناء تبريده، مما سمح في النهاية للمياه السائلة بالتراكم وتشكيل المحيطات – مما أدى بدوره إلى توفير الظروف الملائمة لنشوء الحياة. وفي الدفء الخصب للفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط، بدأت الكائنات الحية الدقيقة في النمو. قد يكون أقرب دليل على ذلك – الذي لا يزال قيد المناقشة – موجودًا في عينات صخرية من فتحة قديمة في قاع البحر في كندا. وتحتوي الصخور على خيوط وأنابيب مصنوعة من أكسيد الحديد، وهي تشبه الهياكل التي بنتها اليوم البكتيريا التي تعيش حول فتحات أعماق البحار.

القوة من الأعماق

تستضيف الفتحات الحرارية المائية الموجودة في قاع المحيط مجتمعات مذهلة من الأنواع. ولكن من دون ضوء الشمس، فإن البكتيريا هي التي تغذي الموطن عن طريق تسخير مزيج من المواد الكيميائية. تنبع المياه الساخنة الغنية بالمعادن من الشقوق حيث تتشكل قشرة محيطية جديدة عند حواف وسط المحيط. تحصد البكتيريا المواد الكيميائية لإطلاق الطاقة، وتشكل حصائرًا سميكة تتغذى عليها الأنواع الأخرى، وتشكل شبكة غذائية.

الأرض: منذ 3.7 مليار سنة

كانت الأرض مختلفة تمامًا قبل 3.7 مليار سنة. وتناثرت الأبخرة الحمضية فوق سطح الكوكب، تحت سماء برتقالية. كانت الأرض سوداء ومليئة بالحمم البركانية، وكانت البحار خضراء بسبب الحديد المذاب. ومع ذلك، كانت الحياة تتطور في المياه الضحلة.

وفي عام 2016، اكتشف العلماء أدلة على وجود حياة بكتيرية يمكن أن تعود إلى هذه الفترة المبكرة جدًا من تاريخ الأرض. وقد حددوا البقايا المتحجرة للستروماتوليت، وهي الهياكل التي بنتها البكتيريا، في نتوء صخري في غرب جرينلاند. وكانت هذه مصحوبة بتوقيعات كيميائية مميزة تشير إلى عمليات الحياة. ومن النادر اكتشاف صخور من هذه الفترة المبكرة من الزمن لم يتم تغييرها بشكل يتعذر التعرف عليه.

حدث الأوكسجين العظيم

منذ حوالي 2.5 مليار سنة، حدث شيء لا يصدق على الأرض. طورت البكتيريا الزرقاء التي تعيش في المحيطات القدرة على تقسيم المياه باستخدام الطاقة من الشمس. ومن خلال هذه العملية، التي تسمى التمثيل الضوئي، بدأوا في إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي. كانت هذه بداية حدث الأوكسجين العظيم.

وقد كان الأكسجين احد نواتج تفاعلات البكتيريا، وهو الذي أدىإلى تغيير تركيبة البحار والغلاف الجوي بشكل دائم. وهذا ما مهد الطريق لتطور الحياة المعقدة. نحن مدينون بتطورنا ووجودنا للبكتيريا.

دليل على الأكسجين
ترك حدث الأوكسجين العظيم علامة ملونة في الصخور التي تكوّنت منذ 2.5 مليار سنة. آثار من الحديد تصدأ عند ملامستها للأكسجين الذي يتم ضخه بواسطة البكتيريا الزرقاء. وسقطت الرواسب الصدئة في قاع المحيطات الضحلة، وأخذت معها لونها الأحمر. واليوم، يستطيع العلماء مقارنة الصخور الرسوبية قبل وبعد ارتفاع مستويات الأكسجين، ورؤية العلامة الواضحة للصدأ الأحمر.

الابتلاع العظيم

أخذت البكتيريا زمام المبادرة ليس في حدث واحد، بل في حدثين حاسمين في قصة الحياة على الأرض. بالإضافة إلى أكسجين الغلاف الجوي، مكنت البكتيريا وحيدة الخلية والعتائق الحياة متعددة الخلايا من التطور في حدث يسمى الابتلاع العظيم.

في حدث بالغ الأهمية له عواقب على مستوى الكوكب، ابتلع كائن حي وحيد الخلية بكتيريا. لقد خلقت نوعًا جديدًا من الخلايا – الخلية حقيقية النواة – والتي أصبحت داخلها البكتيريا في نهاية المطاف مصدرًا للطاقة يسمى الميتوكوندريا. ووجدت هذه الخلايا الجديدة أيضًا طرقًا للعمل معًا، وبناء حياة حيوانية ونباتية متعددة الخلايا على نطاق لم يسبق له مثيل من قبل.
ثم في حدث ثانٍ، ابتلعت بعض الخلايا النشطة حديثًا المزيد من البكتيريا، على غرار البكتيريا الزرقاء التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي في المحيطات الحديثة. شكلت هذه البكتيريا البلاستيدات الخضراء التي تمنح النباتات القدرة على إنتاج الطاقة من ضوء الشمس.

البكتيريا التي تشكل العالم

اليوم، تشكل البكتيريا عالمنا بطرق غير مرئية لا تعد ولا تحصى. من الأنواع التي تصدأ الحديد وتصفي المياه، إلى تلك التي تعيش داخل كائنات أخرى وتؤثر على البيولوجيا والسلوك، تعمل البكتيريا باستمرار.
نحن نعتمد على البكتيريا بطرق لا حصر لها. بعد العاصفة، تأتي الرائحة في الهواء من مادة كيميائية تسمى جيوسمين التي تفرزها بكتيريا التربة الميتة. يمكن للبشر اكتشافه بتركيزات منخفضة بشكل لا يصدق .

تحتوي أجسامنا على عدد من البكتيريا مماثل لما تحتويه الخلايا البشرية. من بين الأنواع التي تعيش فينا تلك التي تساعد في إصلاح بشرتنا وضبط نظام المناعة لدينا والتحكم في كيفية تخزين الدهون لدينا. ويسمى هذا النوع من التعايش بالتكافل – وقد طورت البكتيريا نطاقًا لا يصدق من العلاقات الحميمة معنا ومع الأنواع الأخرى بهذه الطريقة.

أنت وأنا، والكثير من مملكة الحيوان، نعيش بشكل تكافلي مع البكتيريا. لدينا تعايش طويل الأمد مع مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش فينا وعلينا. لكن طبيعة العلاقة التي نتشاركها مع البكتيريا يمكن أن تكون، كما يقولون، معقدة.
هذا النوع من التعايش الذي يسمى التبادلية يفيد كلا الشريكين. وفي نوع آخر يسمى التعايش، يستمد أحد الأنواع منفعة من نوع آخر دون الإضرار به أو مساعدته. إذا كانت العلاقة طفيلية، فإنها تفيد أحد الشريكين فقط. إذا توترت العلاقة، فقد تتحول إلى مرض، وقد لا يتمكن أحد الطرفين من البقاء على قيد الحياة على الإطلاق.

شركاء في التطور

هل يمكن للبكتيريا أن تساعد في دفع التطور في الأنواع الحيوانية؟ في حالة الكيتونات، يبدو أن البكتيريا التكافلية لعبت دورًا في تمكين مجموعات سكانية مختلفة من الاستفادة من إعدادات بيولوجية معينة. مع مرور الوقت، تطورت هذه المجموعات لتشكل أنواعًا جديدة، مما أدى إلى تنوع كبير في الكيتونات ذات الصلة الوثيقة مع القدرة على البقاء في نطاق واسع من البيئات.

تشير الأبحاث الجديدة إلى أن بكتيريا الأمعاء قد يكون لها تأثير مدهش على أدمغتنا وسلوكنا، بدءًا من مزاجنا وحتى قابليتنا للإصابة بالأمراض. لقد وجد العلماء بالفعل علامات واضحة على الارتباط بين الميكروبيوم والأمعاء في الحيوانات، ويكشفون عن المزيد من الأدلة على وجوده أيضًا في البشر – لكن الآلية ليست واضحة بعد.

الفئران التي تم تربيتها دون أن تحتوي على ميكروبيوم في الأمعاء لا يمكنها الاستجابة بشكل طبيعي للتوتر. إنهم يستكشفون مكانًا غير مألوف ويشعرون بقلق أقل من الفئران العادية – ولكن عندما يشعرون بالتوتر، فإنهم يبالغون في رد فعلهم بطريقة قد تكون ضارة. ومع ذلك، إذا تم استعادة الميكروبيوم المعوي لديهم، يصبح سلوكهم أكثر ثقة.
وهكذا فإن عالم البكتيريا هو الحياة 

د. حاتم جاد الحق

عضو نقابة المخترعين المصرية