6 دقیقه
مقدمه
میکروارگانیسم‌های فتوسنتزی ریز، نقش اساسی در تعادل اکسیژن زمین و شبکه غذایی اقیانوس دارند. یکی از این موجودات ریز، پروکلوروکوکس است؛ یک سیتوباکتری دریایی کوچک که از پرشمارترین فتوسنتزکنندههای سیاره محسوب می‌شود. پژوهش‌ها نشان می‌دهند پروکلوروکوکس تقریباً یکسوم اکسیژن تولیدی در اقیانوس‌ها را تأمین میکند و منبع بنیادی غذایی در آبهای روشن سطحی است.
یک پایش چندساله اقیانوسی تازه نشان میدهد که افزایش دمای سطح دریا ممکن است توان تولیدی پروکلوروکوکس را بیش از آنچه آزمایش‌های آزمایشگاهی پیشبینی کرده‌اند کاهش دهد. این موضوع میتواند پیامدهای پی‌درپی برای اکوسیستم‌های دریایی و چرخه‌های بیوجغرافیایی جهانی داشته باشد.
پیش‌زمینه علمی و روش‌های میدانی
پروکلوروکوکس در بیش از 75٪ از بخش‌های سطحی نورگیر اقیانوس زندگی میکند. این گونه به‌ویژه در آبهای گرمِ مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری رایج است؛ جاهایی که مواد مغذی کم و دمای سطحی بالاست. در این مناطق، اختلاط عمودی آب کاهش مییابد و دسترسی به مواد مغذی محدود می‌شود.
پروکلوروکوکس برای تطابق با این شرایط، ژنوم فشرده و سلول‌های بسیار کوچک دارد. این «استریم‌لاین» شدن ژنوم به معنای حذف برخی از ژن‌های قدیمی واکنش به استرس است که ممکن است تاب‌آوری حرارتی را کاهش دهد.
نمونهبرداری و تحلیل
برای بررسی جمعیت‌های طبیعی در زیستگاه‌شان، پژوهشگران تقریباً 800 میلیارد سلول در اندازه پروکلوروکوکس را جمع‌آوری کردند. این نمونه‌ها در 90 سفر پژوهشی دریایی طی 13 سال به‌دست آمدند. تیم پژوهشی از یک فلو سایتومتر نصب‌شده روی کشتی استفاده کرد که برای شناسایی ریزجلبک‌ها توسعه یافته بود.
سیستم اندازه‌گیری مبتنی بر لیزر، شمار و مشخصات سلول‌ها را با کمترین اختلال ثبت کرد. سپس محققان از مدلهای آماری رشد، برگرفته از روش‌های پذیرفته‌شده، برای برآورد نرخ تقسیم سلولی در عرض‌های جغرافیایی و رژیم‌های دمایی مختلف استفاده کردند.
یافته‌های کلیدی و حساسیت به دما
دادههای میدانی نشان می‌دهند پروکلوروکوکس بهترین عملکرد را در بازه‌ای حدود 19 تا 28 °C (66–82 °F) دارد. برخلاف انتظارِ کلی که میکروب‌های سازگار با گرما از گرم شدن سود ببرند، این تحقیق نشان داد نرخ تقسیم سلولی بالاتر از این بازه به‌سرعت کاهش مییابد.
در دماهای بالاتر از حدود 30 °C، تقسیم سلولی تا تقریباً یکسوم نرخ‌هایی که در نزدیکی بخش پایین تحمل مشاهده شده بود کاهش یافت. پژوهشگر ارشد فرانسوا ریبالهت از دانشگاه واشینگتن این نقطه را «دمای خاموش‌کنندگی» کمتر از حد انتظار برای پروکلوروکوکس توصیف کرد.
پیشبینی کاهش تولید و سناریوهای اقلیمی
چون بسیاری از آبهای گرمسیری و نیمه‌گرمسیری سطحی در دهه‌های آینده از بالاترین محدودهٔ بهینه فراتر خواهند رفت، مؤلفان برآورد کردند که تولید پروکلوروکوکس بهطور قابل‌توجهی کاهش یابد:
- تا پایان قرن، تولید در مناطق گرمسیری حدود 17٪ کاهش خواهد یافت در سناریوی گرمشدن متوسط.
- در سناریوی گرمشدن شدید، کاهش در مناطق گرمسیری حدود 51٪ پیشبینی می‌شود.
- در مقیاس جهانی، کاهش‌ها تقریباً در حدود 10٪ (متوسط) تا 37٪ (شدید) گزارش شده است.
پیامدهای بوم‌شناختی و رقبای بالقوه
کاهش تولید پروکلوروکوکس میتواند به معنی کاهش تولید اولیه و کاهش کربن قابل دسترس برای سطوح تغذیه‌ای بالاتر در اقیانوس‌های گرمسیری باشد. این تغییر ممکن است ساختار شبکه غذایی را دگرگون کند.
یکی از واکنش‌های بالقوهٔ اکولوژیک، جایگزینی جایگاه زیستی توسط Synechococcus است. این گروه دیگر سیتوباکتری‌ها نسبت به دماهای بالاتر تاب‌آوری بیشتری دارند اما نیاز به مواد مغذی بیشتری دارند.
اگر Synechococcus جای پروکلوروکوکس را بگیرد، پیامدهای کارکردی برای تغذیه‌کنندگان، چرخهٔ مواد مغذی و ساختار شبکهٔ غذایی نامشخص است. تعاملات گونه‌ای که میلیون‌ها سال با پروکلوروکوکس شکل گرفته‌اند ممکن است به‌سادگی به Synechococcus منتقل نشوند.
جابجایی گستره جغرافیایی
پژوهش نشان میدهد به جای نابودی کامل، گسترهٔ جغرافیایی پروکلوروکوکس به سوی قطبها حرکت خواهد کرد. با گرمتر شدن زیستگاههای گرمسیری، شرایط مناسب به عرض‌های جغرافیایی بالاتر منتقل می‌شود.
محدودیت‌ها و پژوهش‌های آتی
نویسندگان به محدودیت‌های روش‌شناختی اشاره کردند. نمونهبرداری روی کشتی و مدلهای آماری ممکن است سویه‌های نادر مقاوم به گرما را از دست بدهند. همچنین برخی نواحی گرمسیری کم‌نمونه‌برداری شدند.
اگر اکوتایپهای حرارتیِ پیش‌تر ثبت‌نشده وجود داشته باشند، ممکن است کاهش‌های پیش‌بینی‌شده تعدیل شوند. پژوهش‌های هدفمند بیشتر، نظرسنجیهای ژنومی و پایش بلندمدت لازم است تا پیشبینیها دقیق‌تر شوند و پاسخ‌های تطبیقی شناسایی گردد.
دیدگاه کارشناسی
دکتر مایا اورتِگا، اکولوژیست میکروبی دریایی می‌گوید: «این مطالعه ارزش اندازه‌گیری میکروب‌ها در محیط طبیعی‌شان را نشان میدهد. سویه‌های آزمایشگاهی بینش‌های کنترل‌شده می‌دهند، اما اقیانوس فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی را در هم می‌آمیزد و آسیب‌پذیری‌هایی را نشان میدهد که در کشت‌های آزمایشگاهی همیشه دیده نمی‌شوند. اگر پروکلوروکوکس طبق پیشبینی کاهش یابد، اثرات آن در تورهای غذایی پخش خواهند شد و چرخهٔ کربن منطقه‌ای را تغییر می‌دهند.»
نتیجه‌گیری و راهکارهای عملی
مشاهدات میدانی نشان می‌دهند پروکلوروکوکس محدودهٔ دمایی راحت‌تری دارد تا آنچه پیش‌تر تصور می‌شد. تولید آن بالاتر از حدود 30 °C به‌شدت افت میکند.
گرمایش اقیانوس میتواند تا سال 2100 تولید پروکلوروکوکس را بهطور قابل‌توجهی کاهش دهد، به‌ویژه در سناریوهای انتشار بالا. این تغییرها می‌توانند باعث جابجایی گستره و احتمالاً بازآرایی اکولوژیکی با حضور دیگر سیتوباکتریا مانند Synechococcus شوند.
اقداماتی که باید در اولویت قرار گیرند
- پایش بلندمدت مناطق بحرانی برای دنبال‌کردن تغییرات جمعیتی پروکلوروکوکس.
- گسترش نمونهبرداری ژنومی برای یافتن اکوتایپهای مقاوم به گرما.
- آزمایش‌های میدانی هدفمند در نواحی کم‌نمونه‌برداری شدهٔ گرمسیری.
- ادغام دادههای میدانی با مدلهای اقلیمی برای پیشبینی بهتر آیندهٔ تولید اولیهٔ دریایی.
حتی اگر پروکلوروکوکس احتمالاً از بین نرود، تغییر در فراوانی و توزیع آن پرسش‌های مهمی دربارهٔ اکوسیستم‌های دریایی، تولید اکسیژن و چرخهٔ کربن ایجاد میکند که نیازمند پایش و پژوهش مداوم است.
نکات کلیدی برای خوانندگان
- پروکلوروکوکس یکی از مهم‌ترین فتوسنتزکنندههای دریایی است.
- عملکرد بهینه آن در 19–28 °C است؛ بالاتر از ~30 °C عملکرد کاهش مییابد.
- تا 2100 کاهش تولید در گرمسیری‌ها میتواند بین ~17٪ تا ~51٪ باشد، بسته به سناریو.
- جابجایی به سمت قطبها و احتمال جایگزینی توسط Synechococcus از پیامدهاست.
برای درک بهتر آیندهٔ اکوسیستم‌های دریایی و نقش پروکلوروکوکس در تولید اکسیژن و چرخهٔ کربن، لازم است که تحقیقات میدانی و ژنومی گسترش یابد و مدلهای اقلیمی با دادههای واقعی در هم آمیخته شوند.
منبع: sciencealert
نظرات