استقلاب أول أكسيد الكربون في العتائق الميتانوفاجية اللاهوائية في المياه العذبة

لماذا تهم الميكروبات المدفونة مناخنا

في أعماق الطين المشبع بالماء، تدمر ميكروبات صغيرة بهدوء جزءًا كبيرًا من الميثان الذي كان سينفلت إلى الهواء ويسخّن كوكبنا. تكشف هذه الدراسة أن بعض هذه الميكروبات الآكلة للميثان تفضل فعليًا غازًا آخر—أول أكسيد الكربون—وأن هذا التفضيل غير المتوقع يمكن أن يغير حركة الكربون عبر قيعان البحيرات والأنهار الطينية. فهم هذه الكيمياء الخفية يساعد العلماء على تحسين نماذج المناخ وإعادة التفكير في كيفية عمل الأراضي الرطبة والرواسب كمرشحات طبيعية لغازات الدفيئة.

أوصياء الميثان السريون

الميثان هو غاز دفيئة قوي، مسؤول عن نحو خُمس الاحترار العالمي على الرغم من وجوده في الغلاف الجوي بمستويات ضئيلة. في الطين قليل الأكسجين في قاع البحيرات والأنهار والمناطق الرطبة، تستهلك عتائق متخصصة—ميكروبات تختلف عن البكتيريا—الميثان قبل أن يصل إلى الهواء. تشكل هذه العتائق الميتانوفاجية اللاهوائية «مرشحًا» بيولوجيًا رئيسيًا للميثان. مجموعة واحدة، تُدعى Methanoperedenaceae، مرنة بشكل خاص: يمكنها ربط أكسدة الميثان بعدة أنواع من المواد المذابة التي تعمل كمستقبلات للإلكترونات، مثل النترات والمعادن. ومع ذلك، لم يعرف العلماء سوى القليل عما إذا كانت هذه الميكروبات تستطيع أيضًا استخدام وقود غير الميثان، أو كيف قد تُقوّي أو تُضعف هذه البدائل وظيفة المرشح الميثاني.

ميكروب يفضل وقودًا مختلفًا

ركّز الباحثون على عتائق مائية عذبة معروفة باسم «Candidatus Methanoperedens BLZ2»، والتي اقترح الآن إعادة تسميتها إلى «Ca. Methanoperedens carboxydivorans» لتعكس ميولها نحو أول أكسيد الكربون. في تجارب دقيقة داخل قوارير محكمة، زوّدوا الحمأة الغنية بهذه الميكروبات إما بالميثان أو بأول أكسيد الكربون أو بمزيج من الاثنين، وتتبّعوا استهلاك الغازات وتكوّن المنتجات. في ظل ظروف وفرة النترات، أكسدت الثقافة أول أكسيد الكربون بسرعة أكبر بكثير من الميثان، وعندما وُجدت الغاستان معًا، قمع أول أكسيد الكربون استخدام الميثان تقريبًا بالكامل. عند إزالة النترات، استمرت الميكروبات في استهلاك أول أكسيد الكربون بسرعة، لكنها حوّلته الآن أساسًا إلى ميثان وأسيتات وفورمات—مركبات تبقى في الرواسب بدلًا من الهروب مباشرة إلى الجو.

أدوات جينية مخفية لتحويل الغازات

لفهم كيف يمكن لكائن واحد أن يتعامل مع مهام مختلفة كهذه، أعاد الفريق بناء دائرة جينومية مكتملة لـ Ca. Methanoperedens carboxydivorans. وجدوا مجموعة أدوات غير اعتيادية للتعامل مع أول أكسيد الكربون: ستة جينات لإنزيمات ديهيدروجيناز أول أكسيد الكربون المعتمدة على النيكل على الكروموسوم الرئيسي، بالإضافة إلى اثنين على قطعة دائرية منفصلة من الحمض النووي تعرف بالعُنصر الجيني المتحرك. تقع هذه الإنزيمات في قلب مسار قديم لمعالجة الكربون يمكن أن يسير إما نحو بناء مواد خلوية أو نحو تكوين منتجات مثل الأسيتات. يحمل العنصر المتحرك أيضًا وحدات إضافية للاختزال النيتريتي والنترات والتعامل مع الفورمات وتفاعلات أكسدة-اختزال أخرى، مما يوحي بأن أجزاء من الأيض يمكن أن تنتقل بين ميكروبات متقاربة، معززة قدرتها على التأقلم مع الظروف المتقلبة في الطين.

كيف يشكّل «تنظيم حركة الإلكترونات» النتيجة

من خلال فحص الجينات النشطة تحت خلطات غازية مختلفة، جمع الباحثون خريطة لكيفية إعادة الميكروب توجيه حركة الإلكترونات الداخلية. مع توفر النترات، يوجّه الخلية الإلكترونات الناتجة عن أول أكسيد الكربون نحو التنفّس، مشغّلة مسارات محافظة على الطاقة ولا تترك إلا نادرة من المنتجات الجانبية. بدون النترات، يجب أن تذهب تلك الإلكترونات إلى مكان آخر. عندها يعتمد الميكروب على عمليات تخمير: يستخدم أول أكسيد الكربون لتوليد ناقلات مختزلة ويخفف هذا الضغط بتكوين الأسيتات والميثان والفورمات. يبيّن هذا السلوك أن ميكروبًا معروفًا عادة بتدمير الميثان يمكنه أيضًا أن يتصرف كمنتج تقليدي للميثان ومكوّن للأسيتات، اعتمادًا على المشهد الكيميائي المحيط.

إعادة التفكير في مرشحات الميثان في الطبيعة

تخلص الدراسة إلى أن العتائق المكسدة للميثان في المياه العذبة ليست اختصاصية صرفة للميثان. بل هي محولات كربونية مرنة يمكنها التبدّل بين استهلاك الميثان وحرق أول أكسيد الكربون، وأحيانًا حتى إنتاج الميثان بأنفسها. وبما أن الجينات المسؤولة عن تحويل أول أكسيد الكربون منتشرة بين الميكروبات القريبة، قد يدفع أول أكسيد الكربون—الذي يُغفل عنه كثيرًا في المسوحات البيئية—هؤلاء التجمعات بعيدًا عن أكسدة الميثان بشكل متكرر. هذا يعني أن فعالية المرشح الميثاني الطبيعي في الرواسب قد ترتفع أو تنخفض بناءً على تغيّرات طفيفة في مستويات أول أكسيد الكربون، مما يعيد تشكيل نظرتنا إلى التحكم في غازات الدفيئة في زوايا الأرض المخفية الخالية من الأكسجين.

الاستشهاد: Egas, R.A., Lin, H., Leu, A.O. et al. Carbon monoxide metabolism in freshwater anaerobic methanotrophic archaea. Nat Commun 17, 3460 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70080-4

الكلمات المفتاحية: دورة الميثان, أول أكيد الكربون, رواسب الأراضي الرطبة, العتائق, غازات الدفيئة