أكسدة أول أكسيد الكربون توسع القدرة الأيضية المعروفة في تجمعات أكسدة الميثان اللاهوائية

الحياة في قاع المحيط المظلم

في أعماق المحيط، داخل طين بارد وخالٍ من الأكسجين، تعمل مجتمعات ميكروبية صغيرة متعاونة على منع تسرب الميثان—غاز دفيئة قوي—إلى المياه العليا. تكشف هذه الدراسة أن هذه الشراكات البحرية العميقة أكثر مرونة مما كان يظنه العلماء. عندما ينخفض وقودها المعتاد، الميثان، يمكنها الاستفادة من غاز آخر، أول أكسيد الكربون، لتبقى على قيد الحياة وتواصل دورة الكربون تحت ظروف قاع بحر متغيرة.

شراكات خفية تحت القاع

في كثير من مواقع تسرب الميثان الغنية على قاع البحر، تشكل نوعان من الميكروبات تجمعات متقاربة: بدائيات تأكل الميثان (تسمى ANME-2b) وبكتيريا مختزلة للكبريتات. عادة، يؤديان معًا مهمة بطيئة لكنها حاسمة: تستهلك البدائيات الميثان، وتنقل الطاقة والإلكترونات المحررة إلى شركائها البكتيريين، فتستخدم البكتيريا هذه الإلكترونات لاختزال الكبريتات من ماء البحر. هذا التعاون يحبس الكثير من الميثان قبل أن يفلت إلى المحيط والغلاف الجوي. طرحت الدراسة الجديدة سؤالًا عما إذا كان بإمكان هذه الشراكات نفسها استخدام وقود مختلف—أول أكسيد الكربون، وهو غاز يمكن أن يتكوّن في الرواسب بفعل الحرارة أو بفعل ميكروبات أخرى.

وقود جديد لشركاء قدامى

أعد الباحثون "ميكروكوزميات" مغلقة وخالية من الأكسجين باستخدام طرٍ من منطقة تسرب ميثان قبالة ساحل كوستاريكا وزودوها بأول أكسيد الكربون تحت ظروف محكمة. بتتبعهم لوسوم نظيرية في الكربون والكبريت، أظهروا أن التجمعات أكدت أكسدة أول أكسيد الكربون وفي الوقت نفسه اختزلت الكبريتات إلى كبريتيد. عندما غابت الكبريتات، أدى أكسدة أول أكسيد الكربون بدلاً من ذلك إلى إنتاج الميثان من ثاني أكسيد الكربون. كان معدل إنتاج الميثان من أول أكسيد الكربون متواضعًا—حوالي تسع مرات أبطأ من استقلابهم المعتاد للميثان—لكنه كان قابلًا للقياس بوضوح، مرسخًا أن المجتمعات نفسها يمكنها استهلاك وإنتاج الميثان اعتمادًا على المواد المتاحة.

التدقيق داخل الخلايا المفردة

لكي يحدد الفريق أي الميكروبات كانت نشطة فعليًا على هذا الوقود الجديد، استخدم مزيجًا قويًا من تصوير الوميض الطيفي ومطيافية الكتلة النانوية المقياس. غذّوا المجتمعات بنيتروجين موسوم بنظير ثقيل ثم قاسوا كمية هذا الوسم داخل الخلايا الفردية. حتى في القوارير التي زُوِّدت فيها الطاقة بأول أكسيد الكربون فقط، دمجت العديد من خلايا ANME-2b وبعض شركائهم البكتيريين النيتروجين الموسوم—دليل على أنهم كانوا يقومون بصيانة خلوية أساسية. مع ذلك، عند مستويات أعلى من أول أكسيد الكربون انخفض النشاط، ما يشير إلى أن زيادة هذا الغاز قد تكون سامة، وأن التجمعات على الأرجح تواجه في الطبيعة ظروفًا ألطف وأكثر ملاءمة.

قراءة "سجل النشاط" الميكروبي

بعيدًا عن قياسات الخلايا المفردة، فحص العلماء أي الجينات كانت مفعلة عندما استخدمت المجتمعات الميثان مقابل أول أكسيد الكربون. في البدائيات، ظلت جينات الإنزيم الرئيسي المعالج للميثان نشطة بدرجة عالية تحت كلا الوقودين، لكن جينات مرتبطة بخطواتها الرئيسية لحفظ الطاقة خفتت عندما زُوِّد أول أكسيد الكربون. يشير هذا النمط إلى أن استخدام أول أكسيد الكربون يوفر طاقة كافية للحفاظ على عمل الخلايا، لكنه غير كافٍ لدعم نمو قوي. في المقابل، شغّلت البكتيريا الشريكة جينات مرتبطة سواء بتبادل الإلكترونات المباشر بين الخلايا أو بإنزيماتها الخاصة بمعالجة أول أكسيد الكربون، مما يوحي بأنها قد تتلقى طاقة من البدائيات وتقوم أيضًا بأكسدة أول أكسيد الكربون بنفسها.

لماذا يهم هذا لتوازن الكربون على الأرض

لغير المتخصص، الرسالة الأساسية هي أن مجتمعات أكل الميثان في أعماق البحار ليست متخصصة في مهارة واحدة فقط. يمكنها التحول إلى أول أكسيد الكربون كوقود بديل، مستخدمة إياه أساسًا للبقاء في أوقات الشح والحفاظ على استقلابها بدلًا من التكاثر السريع. تساعد هذه المرونة التجمعات على الاستمرار عندما تتقلب إمدادات الميثان، ما يسمح لها باستئناف مهمتها الرئيسية في تدمير الميثان بسرعة عندما يتوفر مرة أخرى. من خلال كشف استراتيجية بقاء مخفية، تبيّن الدراسة فهمنا لكيفية تحرك الكربون والكبريت عبر قاع البحر وكيفية مرونة فلتر الميثان الطبيعي على الأرض تحت ظروف بيئية متغيرة.

الاستشهاد: Guo, Y., Utter, D.R., Murali, R. et al. Carbon monoxide oxidation expands the known metabolic capacity in anaerobic methanotrophic consortia. Nat Commun 17, 3461 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71433-9

الكلمات المفتاحية: نَّشَاطات الميثان, أول أكيد الكربون, البدائيات اللاهوائية, البكتيريا المختزلة للكبريتات, رواسب أعماق البحار