علماء يكتشفون “حياة غامضة” تحت الجليد القطبي.

اكتشف الباحثون ظاهرة غريبة تحت جليد البحر في القطب الشمالي، مما يرسم صورة لمحيط قطبي أكثر ديناميكية بيولوجياً وأقل قسوة مما كان يُعتقد سابقاً.

وجدت الدراسة، التي نُشرت في مجلة “Communications Earth & Environment”، مجتمعات ميكروبية غير متوقعة قادرة على “تثبيت” النيتروجين – أي تحويل غاز النيتروجين الذائب الخامل في مياه البحر إلى أمونيوم مفيد بيولوجياً. تعيش هذه الكائنات الدقيقة تحت الجليد القطبي السميك وعلى طول حوافه الذائبة.

مُولِّد نيتروجين خفي تحت الجليد

يشكل غاز النيتروجين ما يقرب من 78٪ من غلاف الأرض الجوي، لكن النباتات والطحالب والحيوانات لا تستطيع استخدامه بهذه الصورة. فهي تعتمد على ميكروبات متخصصة تسمى مثبتات النيتروجين، التي تحول غاز النيتروجين إلى أمونيوم، مما يغذي عمليات النمو في جميع أنحاء النظم البيئية.

لعقود من الزمن، كان الاعتقاد السائد أن مثل هذه الأشكال البدائية للحياة لا يمكن أن توجد في الظروف المظلمة والباردة تحت جليد القطب الشمالي، وأنها تقتصر على مياه المحيطات الاستوائية الدافئة حيث تناسبها مستويات الأكسجين المنخفضة والضوء الوفير. كان يُعتقد أن القطب الشمالي المتجدد والمغطى بالجليد مظلم وبارد وغني بالأكسجين بشكل يجعله غير ملائم لأي أهمية تذكر لعملية تثبيت النيتروجين.

أخذ فريق دولي عينات من 13 موقعاً عبر المحيط المتجمد الشمالي المركزي والقطب الشمالي الأوراسي، بما في ذلك مواقع ذات طبقات جليد متعددة السنوات وعلى طول منطقة الجليد الهامشية حيث يذوب جليد البحر.

كشفت قياساتهم عن نشاط لتثبيت النيتروجين في المياه تحت جليد البحر، خاصة عند حافة الجليد المتراجع. في هذه المناطق الحدودية، ارتفعت معدلات التثبيت من مستويات أقل من الحد الأدنى للكشف إلى عدة نانومولات من النيتروجين المثبت لكل لتر يومياً، وهو ما يرتبط بانتشار الطحالب عند حافة الجليد.

ميكروبات غير تقليدية تؤدي المهمة

الجانب الأكثر إثارة للدهشة في هذه الدراسة ليس فقط مكان حدوث تثبيت النيتروجين، بل هو هوية الكائنات التي تقوم به.

في معظم محيطات خطوط العرض المنخفضة، تهيمن البكتيريا الزرقاء – وهي بكتيريا دقيقة تقوم بالتمثيل الضوئي – على عملية تثبيت النيتروجين. ومع ذلك، في القطب الشمالي، وجدت الدراسة الجديدة أن مجموعة مختلفة تماماً من البكتيريا هي المسؤولة: كائنات مثبتة للنيتروجين غير زرقاء.

هذه البكتيريا لا تقوم بعملية التمثيل الضوئي. بدلاً من ذلك، يبدو أنها تعيش على المواد العضوية الذائبة التي تطلقها الطحالب والكائنات الأخرى، بينما تعيد النيتروجين المُثَبَّت حديثاً إلى الماء.

تُظهر التحليلات الجينية أن مجتمعات مثبتات النيتروجين غير الزرقاء هذه تحمل الجينات الرئيسية اللازمة لتثبيت النيتروجين. ويتطابق توزيعها بشكل وثيق مع الأماكن التي قاس فيها الباحثون التثبيت في عمود الماء. يشير هذا النمط بقوة إلى أنها مصدر مهم وغير معروف سابقاً للنيتروجين الجديد في المحيط القطبي.

تراجع الجليد قد يعني المزيد من الطحالب

تراجع جليد البحر في المحيط المتجمد الشمالي هو كارثة بيئية بكل المقاييس. ومع ذلك، ومن المفارقات، فإن ذوبان الجليد قد يغذي أيضاً الطحالب التي تقود سلاسل الغذاء في القطب الشمالي.

قاس الباحثون أعلى معدلات تثبيت النيتروجين عند حافة الجليد، حيث يذوب الجليد بكثافة. على الرغم من أن البكتيريا يمكنها تثبيت النيتروجين تحت الجليد، إلا أن العملية أسهل لها على طول حافته. لذلك، مع تراجع جليد البحر واتساع منطقة الذوبان، من المتوقع إضافة كميات أكبر من النيتروجين عبر التثبيت.

غالباً ما يكون المحيط المتجمد الشمالي محدوداً بنقص النيتروجين؛ فلا يوجد ما يكفي منه بشكل قابل للاستخدام لدعم النمو الطحلبي بالكامل. لذلك، فإن أي مصدر إضافي للنيتروجين سيعزز الإنتاجية الأولية – وهي عملية التمثيل الضوئي للطحالب التي تشكل قاعدة الشبكة الغذائية.

بما أن أعلى معدلات تثبيت النيتروجين تحدث بالقرب من حافة الجليد، فإن التراجع المستمر لجليد البحر مع ارتفاع درجة حرارة المناخ يمكن أن يوسع في الواقع المنطقة التي تعمل فيها هذه الكائنات الدقيقة. ومع اتساع منطقة الذوبان الموسمية، يمكن للكائنات غير الزرقاء أن تضخ كميات أكبر من النيتروجين في المياه السطحية، مما يغذي انتشاراً طحلبياً أكبر أو أطول أمداً.

تستهلك الطحالب بواسطة كائنات صغيرة