د. راكيل بيكسوتو
العلاقة التكافلية الصحية بين حيوان المرجان المضيف والطحالب التي تعيش فيه.
الدكتورة راكيل بيكسوتو تناقش الدور المهم الذي تلعبه المعينات الحيوية في تعافي الشعاب المرجانية في مختبر .الأحياء الدقيقة في كاوست
ابتكر علماء البحار في كاوست مُعينات حيوية قوية من المرجان نفسه، وهو خليط من مياه البحر يحتوي على أجزاء من المرجان نفسه والكائنات الحية الدقيقة التي تعيش فيه، وتم اختيار سلالات بكتيريا معينة من هذا الخليط بحسب قدرتها الوراثية والأيضية لتكون كائنات دقيقة مفيدة للشعاب المرجانية (BMC).
تقوم عالمة البحار في كاوست الدكتورة هيلينا فيليلا بتقييم صحة الشعاب المرجانية في أحواض السمك المحكمة الضبط، ويقوم بيدرو كاردوسو، طالب الماجستير والدكتوراه في كاوست، بدراسة مقاومة المرجان للضغوط الحرارية.
أظهرت دراسة تعاونية جديدة لباحثين من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) دور المُعينات الحيوية (البروبيوتيك) في تعزيز صحة الشعاب المرجانية ومنعها من النفوق بسبب الضغوطات البيئية الشديدة وعلى رأسها ارتفاع درجة حرارة البحار والمحيطات نتيجة الاحتباس الحراري.
وتم نشر الورقة البحثية لهذه الدراسة في المجلة العلمية «ساينس أدفانسيز» (Science Advances)، في ١٣ أغسطس ٢٠٢١، وشارك في تأليفها من كاوست كل من الدكتورة راكيل بيكسوتو، أستاذ مساعد وعالمة بحار، والدكتورة إريكا سانتورو، زميلة ما بعد الدكتوراه، والدكتورة هيلينا فيليلا، عالمة أبحاث. وتوضح الورقة أن المُعينات الحيوية وهي كائنات حية دقيقة مفيدة للشعاب المرجانية تسمى (BMC) تساعد على التعافي من الإجهاد الحراري عن طريق تحفيز العمليات المناعية التي تساعد المرجان على إعادة بناء بيئته الميكروبية الخاصة وتعويضها. كما شرحت الورقة بالتفصيل البحث الذي تم إجراؤه في الجامعة الفيديرالية في ريو دي جانيرو (UFRJ) في البرازيل، ويتضمن بيانات تحليلية من الاختبارات اللاحقة التي أجريت في مركز أبحاث البحر الأحمر في كاوست.
وتعد هذه الورقة البحثية الأولى من نوعها التي تُظهر دور المُعينات الحيوية في معالجة الشعاب المرجانية المبيضة ومنع نفوقها، وقد تلقت تمويلًا من تحدي الابتكار في حماية الشعاب المرجانية التابع لمؤسسة الحاجز المرجاني العظيم، الذي نادى بالخروج بأفكار جديدة لحماية الشعاب المرجانية حول العالم وكان مدعوماً أيضاً من قبل مؤسسة تيفاني وشركاه (Tiffany & Co Foundation.).
تقول المديرة العامة لمؤسسة الحاجز المرجاني العظيم آنا مارسدن: «تقدم مثل هذه الدراسات الرائدة الأمل لمستقبل الحاجز المرجاني العظيم والشعاب المرجانية في العالم، التي تتعرض لضغوطات متزايدة تهدد بقاءها بسبب ظاهرة تغيّر المناخ وتبعاتها المدمرة».
وتعتقد عالمة البحار في كاوست الدكتورة راكيل بيكسوتو أن المُعينات الحيوية يمكنها أن تمنح المرجان الوقت الكافي للتعافي بحيث تبقى الطحالب فيه لفترة أطول أو تعود بسرعة أكبر بعد ابيضاضه.
يذكر أن فكرة استخدام المُعينات الحيوية لحماية المرجان تبادرت إلى ذهن راكيل أول مرة بعد أن قرأت نتائج بحث من دراسة سابقة في البرازيل، بقيادة عضو هيئة تدريس آخر في كاوست، وهو الدكتور ألكسندر روسادو، وتضمن البحث مساعدة النظم البيئية لأشجار القرم (المانغروف) على التعافي من الانسكابات النفطية عبر تطوير مُعينات حيوية بشكل حبوب من بكتيريا النبات تساعد على تحلل النفط بحيث تستطيع جذور النبات امتصاصه، وكانت النتيجة باهرة حيث لم تعمل هذه المُعينات الحيوية على تحلل النفط فحسب، بل جعلت النباتات تنمو بصورة أقوى وأسرع.
استخلاص البكتريا النافعة
تركزت هذه الدراسة على نوع من الشعاب المرجانية في البرازيل يحمل الاسم العلمي (Mussismilia hispida)، وأظهرت أن الشعاب المرجانية تغير ارتباطها التكافلي، وبناءً على ذلك ابتكر الباحثون مُعينات حيوية قوية باستخدام المرجان نفسه والبكتيريا المرتبطة به عن طريق طحن أجزاء منه ونقعها في محلول من مياه البحر، وإطلاق البكتيريا التي تعيش داخل أنسجته وعزل مئات من سلالاتها ودراسة قدرتها الوراثية والأيضية لتكون بمثابة بكتيريا نافعة للمرجان (BMCs).
واختار الفريق 6 من سلالات البكتيريا هذه استناداً لقدرتها على تنشيط الاستجابة المناعية الطبيعية للشعاب المرجانية. على سبيل المثال، بعض هذه البكتيريا تعتبر مضادات طبيعية لمسببات الأمراض، والبعض الآخر قادر على جمع مركبات الأكسجين التفاعلية وتحطيمها، أو إعادة تدوير النيتروجين، أو توليد المغذيات للشعاب المرجانية. ويمكن جمع هذه الصفات لتطوير مُعينات حيوية قوية في صيغة (BMCs) تكون شاملة وتمنح الشعاب المرجانية القدرة على تحمل الصدمات الحرارية والبقاء على قيد الحياة.
أبحاث مختبر البحر الأحمر
قامت الدكتورة بيكسوتو وفريقها في كاوست باستخدام البيانات المستمدة من الدراسة البرازيلية لتوسيع التجربة لتشمل نوعا من الشعاب المرجانية الصخرية الشائعة في البحر الأحمر وأجزاء أخرى من العالم تحمل الاسم العلمي (Pocillopora verrucosa)، ووقع اختيارهم على هذا النوع بالتحديد لعدة أسباب أهمها إلمامهم الكامل بتسلسلها الجيني حيث سبق أن أجروا أبحاثاً عليها، كما أن هذا النوع من المرجان ينمو بسرعة ويوجد بكثرة في البحر الأحمر، وتوجد أوراق بحثية كثيرة عنه، فضلاً عن أن عملية إنتاج مُعينات حيوية لهذا المرجان هي نفسها المستخدمة في الشعاب المرجانية البرازيلية السابق ذكرها.
واكتملت المرحلة التجريبية في كاوست ويستعد العلماء الآن لاختبار هذه المُعينات الحيوية على الشعاب المرجانية الحية في البحر الأحمر باستخدام مناهج تجريبية خاضعة للرقابة، وستكون هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إجراء تجربة من هذا النوع مباشرة في البيئة البحرية المفتوحة.
نقل التجربة للبحر
اختارت الدكتورة بيكسوتو موقعًا بحريًا بالقرب من الجامعة يتوفر فيه النوع المرجاني المستهدف بكثرة على هيئة بقع صغيرة من الشعاب المرجانية، وله صفات مناسبة للتكاثر تحت ظروف فائقة الضبط تمكن من التحكم بشكل أفضل في عملية التلقيح ومراقبته بمرور الوقت، وسيتم تلقيح المُعينات الحيوية البكتيرية في شكل حبوب، أو خرز، وسيقوم العلماء بتوزيع الخرزات على الشعاب المرجانية التي سوف تذوب ببطء في البحر المالح، وتطلق الكائنات الحية الدقيقة التي ستمتصها الشعاب المرجانية بعد ذلك، وتم تحديد موعد البدء بعملية المعالجة هذه في أواخر أغسطس ٢٠٢١.
وتقول عالمة الأبحاث البحرية في كاوست الدكتورة هيلينا فيليلا، التي عملت مع بيكسوتو في البرازيل في مشروع تحلل النفط والدراسات اللاحقة للشعاب المرجانية: «نقل أبحاثنا إلى البحر خطوة كبيرة بالنسبة لنا، ولقد أجرينا كافة الاستعدادات والاحتياطات اللازمة من توثيق الموقع التجريبي جيدًا، وضبطه على أكمل وجه، وتم وضع علامات على جميع الشعاب المرجانية الموجودة فيه».
الخطط المستقبلية
لا يزال غير معروف كم مرة ستحتاج الشعاب المرجانية للتلقيح بعد الجرعة الأولي، ولكن الدكتورة بيكسوتو متفائلة بالنتيجة التي ستحققها هذه اللقاحات خصوصاً في تعزيز التغيير الجيني في المرجان وتكيف انتقال المقاومة الحرارية المتوقعة للجيل التالي، ويأمل فريق كاوست في حال ثبت أمان وفاعلية منهجهم التجريبي في توسيع المشروع ليشمل الشعاب المرجانية في جميع البحر الأحمر وكذلك تلك الموجودة في أجزاء أخرى من العالم، ولكن يبقى السؤال ما إذا كانت هذه البكتيريا التي استخدموها في الشعاب المرجانية في البحر الأحمر سيكون لها نفس التأثير الايجابي على الشعاب المرجانية في البيئات البحرية الأخرى والمختلفة، وهو سؤال تأمل الدكتورة بيكسوتو وفريقها في بحثه بصورة مكثفة ولكنها تبقى مسألة وقت حيث إن هذا البحث جديد ويغطي مجالات لم يتم استكشافها من قبل، لكن الاحتمال قائم.
وتم نشر الورقة البحثية لهذه الدراسة في المجلة العلمية «ساينس أدفانسيز» (Science Advances)، في ١٣ أغسطس ٢٠٢١، وشارك في تأليفها من كاوست كل من الدكتورة راكيل بيكسوتو، أستاذ مساعد وعالمة بحار، والدكتورة إريكا سانتورو، زميلة ما بعد الدكتوراه، والدكتورة هيلينا فيليلا، عالمة أبحاث. وتوضح الورقة أن المُعينات الحيوية وهي كائنات حية دقيقة مفيدة للشعاب المرجانية تسمى (BMC) تساعد على التعافي من الإجهاد الحراري عن طريق تحفيز العمليات المناعية التي تساعد المرجان على إعادة بناء بيئته الميكروبية الخاصة وتعويضها. كما شرحت الورقة بالتفصيل البحث الذي تم إجراؤه في الجامعة الفيديرالية في ريو دي جانيرو (UFRJ) في البرازيل، ويتضمن بيانات تحليلية من الاختبارات اللاحقة التي أجريت في مركز أبحاث البحر الأحمر في كاوست.
وتعد هذه الورقة البحثية الأولى من نوعها التي تُظهر دور المُعينات الحيوية في معالجة الشعاب المرجانية المبيضة ومنع نفوقها، وقد تلقت تمويلًا من تحدي الابتكار في حماية الشعاب المرجانية التابع لمؤسسة الحاجز المرجاني العظيم، الذي نادى بالخروج بأفكار جديدة لحماية الشعاب المرجانية حول العالم وكان مدعوماً أيضاً من قبل مؤسسة تيفاني وشركاه (Tiffany & Co Foundation.).
تقول المديرة العامة لمؤسسة الحاجز المرجاني العظيم آنا مارسدن: «تقدم مثل هذه الدراسات الرائدة الأمل لمستقبل الحاجز المرجاني العظيم والشعاب المرجانية في العالم، التي تتعرض لضغوطات متزايدة تهدد بقاءها بسبب ظاهرة تغيّر المناخ وتبعاتها المدمرة».
وتعتقد عالمة البحار في كاوست الدكتورة راكيل بيكسوتو أن المُعينات الحيوية يمكنها أن تمنح المرجان الوقت الكافي للتعافي بحيث تبقى الطحالب فيه لفترة أطول أو تعود بسرعة أكبر بعد ابيضاضه.
يذكر أن فكرة استخدام المُعينات الحيوية لحماية المرجان تبادرت إلى ذهن راكيل أول مرة بعد أن قرأت نتائج بحث من دراسة سابقة في البرازيل، بقيادة عضو هيئة تدريس آخر في كاوست، وهو الدكتور ألكسندر روسادو، وتضمن البحث مساعدة النظم البيئية لأشجار القرم (المانغروف) على التعافي من الانسكابات النفطية عبر تطوير مُعينات حيوية بشكل حبوب من بكتيريا النبات تساعد على تحلل النفط بحيث تستطيع جذور النبات امتصاصه، وكانت النتيجة باهرة حيث لم تعمل هذه المُعينات الحيوية على تحلل النفط فحسب، بل جعلت النباتات تنمو بصورة أقوى وأسرع.
استخلاص البكتريا النافعة
تركزت هذه الدراسة على نوع من الشعاب المرجانية في البرازيل يحمل الاسم العلمي (Mussismilia hispida)، وأظهرت أن الشعاب المرجانية تغير ارتباطها التكافلي، وبناءً على ذلك ابتكر الباحثون مُعينات حيوية قوية باستخدام المرجان نفسه والبكتيريا المرتبطة به عن طريق طحن أجزاء منه ونقعها في محلول من مياه البحر، وإطلاق البكتيريا التي تعيش داخل أنسجته وعزل مئات من سلالاتها ودراسة قدرتها الوراثية والأيضية لتكون بمثابة بكتيريا نافعة للمرجان (BMCs).
واختار الفريق 6 من سلالات البكتيريا هذه استناداً لقدرتها على تنشيط الاستجابة المناعية الطبيعية للشعاب المرجانية. على سبيل المثال، بعض هذه البكتيريا تعتبر مضادات طبيعية لمسببات الأمراض، والبعض الآخر قادر على جمع مركبات الأكسجين التفاعلية وتحطيمها، أو إعادة تدوير النيتروجين، أو توليد المغذيات للشعاب المرجانية. ويمكن جمع هذه الصفات لتطوير مُعينات حيوية قوية في صيغة (BMCs) تكون شاملة وتمنح الشعاب المرجانية القدرة على تحمل الصدمات الحرارية والبقاء على قيد الحياة.
أبحاث مختبر البحر الأحمر
قامت الدكتورة بيكسوتو وفريقها في كاوست باستخدام البيانات المستمدة من الدراسة البرازيلية لتوسيع التجربة لتشمل نوعا من الشعاب المرجانية الصخرية الشائعة في البحر الأحمر وأجزاء أخرى من العالم تحمل الاسم العلمي (Pocillopora verrucosa)، ووقع اختيارهم على هذا النوع بالتحديد لعدة أسباب أهمها إلمامهم الكامل بتسلسلها الجيني حيث سبق أن أجروا أبحاثاً عليها، كما أن هذا النوع من المرجان ينمو بسرعة ويوجد بكثرة في البحر الأحمر، وتوجد أوراق بحثية كثيرة عنه، فضلاً عن أن عملية إنتاج مُعينات حيوية لهذا المرجان هي نفسها المستخدمة في الشعاب المرجانية البرازيلية السابق ذكرها.
واكتملت المرحلة التجريبية في كاوست ويستعد العلماء الآن لاختبار هذه المُعينات الحيوية على الشعاب المرجانية الحية في البحر الأحمر باستخدام مناهج تجريبية خاضعة للرقابة، وستكون هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إجراء تجربة من هذا النوع مباشرة في البيئة البحرية المفتوحة.
نقل التجربة للبحر
اختارت الدكتورة بيكسوتو موقعًا بحريًا بالقرب من الجامعة يتوفر فيه النوع المرجاني المستهدف بكثرة على هيئة بقع صغيرة من الشعاب المرجانية، وله صفات مناسبة للتكاثر تحت ظروف فائقة الضبط تمكن من التحكم بشكل أفضل في عملية التلقيح ومراقبته بمرور الوقت، وسيتم تلقيح المُعينات الحيوية البكتيرية في شكل حبوب، أو خرز، وسيقوم العلماء بتوزيع الخرزات على الشعاب المرجانية التي سوف تذوب ببطء في البحر المالح، وتطلق الكائنات الحية الدقيقة التي ستمتصها الشعاب المرجانية بعد ذلك، وتم تحديد موعد البدء بعملية المعالجة هذه في أواخر أغسطس ٢٠٢١.
وتقول عالمة الأبحاث البحرية في كاوست الدكتورة هيلينا فيليلا، التي عملت مع بيكسوتو في البرازيل في مشروع تحلل النفط والدراسات اللاحقة للشعاب المرجانية: «نقل أبحاثنا إلى البحر خطوة كبيرة بالنسبة لنا، ولقد أجرينا كافة الاستعدادات والاحتياطات اللازمة من توثيق الموقع التجريبي جيدًا، وضبطه على أكمل وجه، وتم وضع علامات على جميع الشعاب المرجانية الموجودة فيه».
الخطط المستقبلية
لا يزال غير معروف كم مرة ستحتاج الشعاب المرجانية للتلقيح بعد الجرعة الأولي، ولكن الدكتورة بيكسوتو متفائلة بالنتيجة التي ستحققها هذه اللقاحات خصوصاً في تعزيز التغيير الجيني في المرجان وتكيف انتقال المقاومة الحرارية المتوقعة للجيل التالي، ويأمل فريق كاوست في حال ثبت أمان وفاعلية منهجهم التجريبي في توسيع المشروع ليشمل الشعاب المرجانية في جميع البحر الأحمر وكذلك تلك الموجودة في أجزاء أخرى من العالم، ولكن يبقى السؤال ما إذا كانت هذه البكتيريا التي استخدموها في الشعاب المرجانية في البحر الأحمر سيكون لها نفس التأثير الايجابي على الشعاب المرجانية في البيئات البحرية الأخرى والمختلفة، وهو سؤال تأمل الدكتورة بيكسوتو وفريقها في بحثه بصورة مكثفة ولكنها تبقى مسألة وقت حيث إن هذا البحث جديد ويغطي مجالات لم يتم استكشافها من قبل، لكن الاحتمال قائم.