به گزارش «ساینس آلرت» (science alert)، دانشمندان اشکال ویژه‌ای از حیات را کشف کرده‌اند که زیر یخ دریا‌های قطب شمال رونق دارند. تا پیش از این، وجود آنها در این شرایط تاریک و بسیار سرد غیرممکن پنداشته می‌شد. این یافته‌ها می‌تواند پیامد‌های جهانی برای آب و هوا داشته باشد.

گاز نیتروژن حدود ۷۸ درصد جو زمین را تشکیل می‌دهد و تمام جانداران برای بقا به آن نیاز دارند؛ اما بیشتر گونه‌ها نمی‌توانند از این عنصر استفاده کنند مگر این که ابتدا به آمونیاک یا آمونیوم تبدیل شود. میکرب‌هایی که قادرند نیتروژن را از هوا بگیرند «تثبیت‌کننده نیتروژن» نامیده می‌شوند و منبع پایه‌ای را برای کل اکوسیستم‌ها فراهم می‌کنند. تاکنون، دانشمندان تصور می‌کردند این موجودات در اقیانوس‌ها محدود به آب‌های گرم و استوایی‌اند.
اکنون می‌دانیم که این تصور نادرست بوده است.

کشفی خلاف انتظار

«لیزا فون فریزن»، زیست‌شناس و نویسنده اصلی این پژوهش از دانشگاه کپنهاگ می‌گوید: «فرض می‌شد که فرآیند تثبیت نیتروژن نمی‌تواند زیر یخ دریا رخ نمی‌دهد؛ زیرا تصور می‌شد شرایط زیستی برای موجوداتی که این کار را انجام می‌دهند بیش از حد نامساعد است». او سپس می‌افزاید: «ما اشتباه می‌کردیم».

تنها در حدود یک دهه اخیر پژوهشگران شروع کرده‌اند اقیانوس منجمد شمالی را به عنوان یک منبع از قلم افتاده باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن در نظر بگیرند. در حالی که دانشمندان پیش‌تر تثبیت‌کنندگان نیتروژن را در آب‌های سرد قطب شمال یافته بودند، فون فریزن و همکارانش نخستین کسانی هستند که این میکروب‌ها را زیر یخ اقیانوس منجمد شمالی کشف کرده‌اند.

میکروب‌هایی که بدون نور زنده‌اند

نمونه‌برداری‌ها از مرکز اقیانوس منجمد شمالی و بخش اوراسیایی قطب شمال یک جامعه فعال از میکروب‌هایی به نام «دیازوتروف‌های غیرسیانوباکتریایی» (NCDs) را نشان دادند. «دیازوتروف‌های غیرسیانوباکتریایی» نامی تخصصی برای باکتری‌هایی است که نیتروژن را تثبیت می‌کنند؛ اما فتوسنتز انجام نمی‌دهند.

 پژوهشگران هنوز نشان نداده‌اند که این میکروب‌ها در قطب شمال عملا نیتروژن را تثبیت می‌کنند بلکه فقط نشان داده‌اند که آنها سازوکار ژنتیکی لازم برای انجام این کار را دارند. با این حال، توزیع و فراوانی آنها نشان می‌دهد که احتمالا در فعالیت‌های تثبیت نیتروژن در آن منطقه نقش مهمی ایفا می‌کنند.

پیامد‌های جهانی برای اقلیم

اگر این امر درست باشد، این موجودات میکروسکوپی می‌توانند تاثیر جهانی داشته باشند. پژوهشگران دریافتند که لبه‌های یخ اقیانوس منجمد شمالی معمولا میزبان باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن بیشتر و فعالیت تثبیت نیتروژن بالاتری هستند. این موضوع نشان می‌دهد که با ذوب سریع یخ‌های قطب شمال در اثر تغییرات اقلیمی، ممکن است تعداد بیشتری از این میکروب‌های منحصر‌به‌فرد تکثیر شوند و شبکه غذایی دریایی را تغییر داده و حتی بر جو اثر بگذارند.

چگونه جلبک‌ها نور را به بازی می‌گیرند

تغذیه جلبک‌ها و تغییر زنجیره غذایی

میکروب‌های غیرسیانوباکتریایی به جلبک‌ها غذا می‌رسانند؛ یعنی نیتروژن لازم برای رشد آنها را تأمین می‌کنند و اگر جلبک‌ها در قطب شمال گسترش یابند، می‌توانند شبکه غذایی غنی‌تری را پشتیبانی کنند. فون فریزن توضیح می‌دهد: «از آنجا که جلبک‌ها منبع غذایی اصلی جانوران کوچک مانند سخت‌پوستان پلانکتونی هستند که آنها نیز توسط ماهی‌های کوچک خورده می‌شوند، افزایش جلبک می‌تواند نهایتا کل زنجیره غذایی را تحت تأثیر قرار دهد».

اقیانوس‌ها و جذب دی‌اکسیدکربن

افزون بر این، جلبک‌های بیشتر می‌توانند دی‌اکسیدکربن بیشتری از جو جذب کنند. «لاسه ریمن»، بوم شناس میکروبی دریایی می‌گوید: «اگر تولید جلبک افزایش یابد، اقیانوس منجمد شمالی دی‌اکسیدکربن بیشتری را جذب خواهد کرد؛ زیرا مقدار بیشتری CO₂ در زیست‌توده جلبک‌ها تثبیت می‌شود». او می‌افزاید: «اما سامانه‌های زیستی بسیار پیچیده‌اند، بنابراین پیش‌بینی‌های قطعی دشوار است؛ زیرا مکانیسم‌های دیگر ممکن است در جهت مخالف عمل کنند». 

لزوم بازنگری در مدل‌های اقلیمی

به گفته ریمن آنچه روشن است این است که تثبیت‌کنندگان نیتروژن در قطب شمال باید در مدل‌های اقلیمی آینده لحاظ شوند. تیم پژوهش نتیجه می‌گیرد: «ذوب یخ دریا ممکن است به طور مستقیم یا غیرمستقیم تثبیت نیتروژن را تحریک کند». از این رو، پژوهشگران تاکید می‌کنند که مدل‌های اقلیمی آینده باید اندازه و پویایی فرآیند تثبیت نیتروژن در اقیانوس منجمد شمالی را نیز در نظر بگیرند.

کمی درباره باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن

طبق تعریف دانشنامه بریتانیکا، باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن میکروارگانیسم‌هایی هستند که قادرند نیتروژن موجود در جو را به نیتروژن تثبیت‌شده (ترکیبات غیرآلی قابل استفاده برای گیاهان) تبدیل کنند. بیش از ۹۰ درصد کل فرایند تثبیت نیتروژن توسط این موجودات انجام می‌شود و از این رو، آنها نقش بسیار مهمی در چرخه نیتروژن ایفا می‌کنند.

 دو نوع از باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن شناخته شده‌اند. نوع نخست، باکتری‌های آزادزی (غیرهمزیست) هستند که شامل سیانوباکتری‌ها (یا جلبک‌های سبز-آبی) مانند خزه بالارو (Anabaena) و نوستوک (Nostoc) و همچنین جنس‌هایی مانند اَزتوباکتر (Azotobacter)، بیژرینکیا (Beijerinckia) و کلوستریدیوم (Clostridium) می‌شود.

تصویر‌های برتر مسابقه «نیکون» از دنیای نامرئی حیات

نوع دوم شامل باکتری‌های همزیست است. نمونه‌هایی از آن عبارت‌اند از ریزوبیوم (Rhizobium) که با گیاهان حبوبات (leguminous plants) مانند گونه‌های مختلف خانواده نخود همزیستی دارد و همچنین فرانکیا (Frankia) که با برخی گیاهان دولپه‌ای خاص (گیاهان اکتینوریزال) در ارتباط است و نیز برخی گونه‌های آزوسپیریلوم (Azospirillum) که با گیاهان غلات همزیستی دارند.

باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژنِ همزیست وارد تار‌های ریشه گیاه میزبان می‌شوند، در آنجا تکثیر یافته و تشکیل گره‌های ریشه‌ای را تحریک می‌کنند؛ این گره‌ها شامل سلول‌های گیاهی و باکتری‌ها هستند که در ارتباطی نزدیک با یکدیگر قرار دارند. درون این گره‌ها، باکتری‌ها نیتروژن آزاد را به آمونیاک تبدیل می‌کنند؛ ترکیبی که گیاه میزبان برای رشد و نمو خود از آن بهره می‌برد.