دوران الكربون والنيتروجين والكبريت يكشف عن مواطن ميكروبية في أعماق خندق أتاكاما

الحياة في أعماق الظلام

عميقاً تحت الأمواج قبالة شمال تشيلي، قاع البحر بارد ومظلم ويبدو قاحلاً. ومع ذلك تستضيف هذه الرواسب مجتمعات ميكروبية نشطة تعيد تدوير العناصر الأساسية بصمت وتساعد في إبقاء المحيط صالحاً للحياة. تستكشف هذه الدراسة من هم تلك الميكروبات وكيف يكسبون رزقهم في أعماق منطقة خندق أتاكاما، كاشفةً عن نظام بيئي واسع الانتشار «متعمدّ بمطر» في الأعالي وواحة خفية تغذيها طاقة كيميائية تتسرب من الأسفل.

طريقتان لإطعام محيط عميق

انضم الباحثون إلى حملة استكشافية لنظام خندق بيرو–تشيلي، مركزين على الرواسب الهابطية بين نحو 2400 و4000 متر تحت سطح البحر. كانت معظم المواقع التي أخذوا منها عينات نمطية لقاع البحر العميق، حيث تعتمد الحياة على رذاذ بطيء من «ثلج البحر» — جسيمات دقيقة من العوالق الميتة وحطام آخر يغوص من السطح المضاء بالشمس. في هذه الأماكن كانت المجتمعات الميكروبية متجانسة بشكل مدهش عبر عشرات الكيلومترات. هيمنت البكتيريا والعتائق وكانت تكسب رزقها أساساً عن طريق تفكيك هذه المادة العضوية المتقدمة العمر، مستخدمة الأكسجين حيث كان متوفراً والتحول إلى مسارات أخرى أعمق في الطين.

واحة كيميائية على قاع البحر

تميز موقع واحد مع ذلك. على عمق نحو 2800 متر، وجد المركب العامل عن بعد رواسب أغمق وحصائر ميكروبية بيضاء ساطعة وأسِرّة من المحار الكبير. أشارت هذه العلامات إلى نبع بارد — بقعة تتسرب منها سوائل كيميائية غنية من قاع البحر من دون حرارة ينجم عنها مدخنة حرارية. هنا، بدلاً من الاعتماد في الغالب على الحطام المتساقط من الأعلى، بدا أن العديد من الميكروبات تستغل مركبات الكبريت المختزلة الصاعدة من الأسفل كمصدر للطاقة. جمع الفريق أعمدة من الرواسب داخل هذه الرقعة وحولها لمقارنة كيميائها وبيولوجياها مع السهل المحيط.

دلائل مكتوبة في المعادن والجزيئات

في المختبر، سردت الرواسب قصة طبقية. عبر المنطقة، كانت حبيبات الكوارتز وشظايا الصخور الأخرى مختلطة ببقايا صفائح السيليكا المحطمة من الدياتومات القادمة من المحيط السطحي، مؤكدةً الصلة بثلج البحر. لكن في موقع النبع الخاص، احتفظ السنتيمتر العلوي من الرواسب ببلورات صغيرة من الدولوميت، وكانت الطبقات الأعمق ممتلئة بمعادن كبريتيد الحديد مثل البيريت. إلى جانب ارتفاع الكبريت والحديد، اقترحت هذه المعادن أن سوائل النبع قد شجعت تفاعلات كيميائية مكثفة في الطين. في الوقت نفسه أظهرت قياسات مياه المسام القليل من الأكسجين وعلامات اختزال قوية في الطبقات الأعمق — ظروف مثالية للميكروبات التي تستخدم الكبريتات ومركبات أخرى بدلاً من الأكسجين للتنفس.

ميكروبات تتاجر بالكبريت لا بالميثان

استخدم الفريق الميتاترنسكريبتوميكس، الذي يقرأ الجينات المعبر عنها بنشاط، لتخطيط أي الميكروبات تقوم بأي وظائف. خارج النبع هيمنت مجتمعات من البكتيريا والعتائق المحبة للأكسجين التي تؤكسد الأمونيا وتعالج النيتروجين والكربون وآثار الكبريت. داخل النبع كانت الحصائر السطحية تعج ببكتيريا مؤكسدة للكبريت مرتبطة بالأشكال الخيطية البيضاء الكلاسيكية، إلى جانب محار يستضيف شركاء داخليين يأكلون الكبريت. على عمق بضعة سنتيمترات تغيرت المجتمع بشكل حاد: تلاشت مستخدمي الأكسجين وتولى المتخصصون اللاهوائيون المسؤولية، بمن فيهم ميكروبات تقلل الكبريتات إلى كبريتيد، وتثبّت الكربون باستخدام ثاني أكسيد الكربون الذائب، وتفكك المركبات العضوية القاسية. اللافت أن العتائق المستهلكة للميثان النموذجية في العديد من النبع البارد كانت غائبة تقريباً، وكانت جينات معالجة الميثان الأساسية نادرة، ما يشير إلى نظام يغذيه الكبريت أساساً بدلاً من الميثان.

ما تخبرنا به هذه الدنيا الخفية

معاً، ترسم الأدلة الجيولوجية والوراثية صورة لمنظر قاع بحر عميق بطريقتين متعاطفتين للحياة. يستضيف معظم قعر هذا الإقليم مجتمعات تبقى على التحلل البطيء لثلج البحر، معيدة تدوير الكربون والنيتروجين بطريقة مستقرة إلى حد ما. في المقابل يعمل النبع البارد كواحة محلية حيث تدعم الطاقة الكيميائية من الكبريت المختزل حصائر كثيفة من البكتيريا والمحار وميكروبيومًا تحت سطحياً متخصصاً للغاية. يشير وجود دولوميت ذائب وبيريت وفير إلى أن التسرب قد كان أقوى في الماضي، لكن حتى اليوم تظل دورة الكبريت نشطة بكثافة. للمتابع العام، الرسالة الأساسية هي أن المحيط العميق ليس صحراء متجانسة: تسريبات كيميائية رقيقة تستطيع أن تشق مواطن مميزة، لكل منها طاقمها المصغر من اللاعبين الذين يشكلون بهدوء دورات الكربون والنيتروجين والكبريت على مستوى العالم.

الاستشهاد: Arribas Tiemblo, M., Azua-Bustos, A., Sánchez-España, J. et al. Carbon, nitrogen, and sulfur cycling unveil deep-sea microbial niches in the Atacama Trench. Nat Commun 17, 4606 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70869-3

الكلمات المفتاحية: ميكروبات أعماق البحار, نبع بارد, دورة الكبريت, ثلج البحر, خندق أتاكاما