لخص فريق من العلماء بأسلوب نقدي في ورقة بحثية نشرت في دورية ناشيونال ساينس ريفيو، التطورات المهمة لتفاعلات المعدن والميكروب، ومن هذه التطورات الآليات الجزيئية والمظاهر المجهرية لهذه التفاعلات بمرور الوقت. وحُدد في البحث أبرز التحديات والفرص البحثية المستقبلية.

تعتبر المعادن من المكونات الأساسية لكوكب الأرض، أما الميكروبات فتوجد في أشكال الحياة وتطورها. توجد المعادن والميكروبات جنبًا إلى جنب بالقرب من البيئات السطحية، وقد ازدهرت الدراسات حول تفاعلات المعدن والميكروب خلال العقدين الماضيين لأن هذه التفاعلات أدت إلى أبرز الأحداث الجيولوجية، ويُعزى لها بقدرٍ كبير السبب في كون الأرض قابلة للحياة. قام فريق بحثي من جامعة الصين لعلوم الأرض (بكين) بقيادة د. هايلينج دونج بالنظر النقدي في تفاعلات المعدن والميكروب وتطورهما معًا، ومن ثم اقترحوا أبرز الفرص البحثية والتحديات المستقبلية. 

تتفاعل المعادن والميكروبات معًا على المدى الزماني والمكاني. وتوفر بعض المعادن الحماية والغذاء والطاقة لتدعم نمو الميكروبات وعملية الأيض، وبعضها قد تصدر مواد حيوية سامة وتنتج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) للحد من الكائنات الحية الدقيقة والقضاء عليها. أما الميكروبات فتذوب، وتترسب، وتحول المعادن عن طريق عملية الأيض، وقد تنتج بصمات حيوية معينة في السجل الحيوي.

على مدار تاريخ كوكب الأرض، زادت المعادن والميكروبات من أنواعها الحية وتعقيد وظائفها. وفي العالم ما قبل الحيوي، قبل نشوء الأرض، حفزت المعادن تركيب الجزيئات البيولوجية، وكان لها دور في وجود الحياة. ثم أوجد تطور المعادن في وقتٍ لاحق مستحدثات ميكروبية وذلك بتغيير المعادن لخصائصها الفيزيوكيميائية مع مرور الوقت. التطور الميكروبي في المقابل أدى إلى تنويع المعادن عن طريق عملية الأيض. لذا، كان لنشوء التفاعلات بين المعدن والميكروب دور أساسي في حصول أحداث جيولوجية، مثل حدث الأكسدة العظيم، وتكون الرواسب الخام الكبيرة.

إن لتفاعلات المعدن والميكروب عدة تطبيقات تكنولوجية حيوية من ضمنها التكرير الحيوي للمعادن النفيسة، وتصنيع الأسمدة المعدنية، ومعالجة المعادن الثقيلة والملوثات العضوية، والتخليق الحيوي لمواد جديدة، وعزل ثاني أكسيد الكربون. وبصرف  النظر عن التطورات الأخيرة، حدد الفريق العلمي أسئلة البحث الرئيسية من أجل الأبحاث المستقبلية.

أولاً: عُرف دور المعادن في دعم التطور الميكروبي من الناحية النوعية فقط حاليًا. حيث لا تعتبر المعادن من العناصر الغذائية الهامة والطاقة في المزارع الغذائية للميكروبات، وهذا قد يكون أحد أسباب انخفاض معدل نجاح الحصول على مزارع ميكروبية نقية. حيث يجب أن يصلح الوسط الغذائي القائم على المعادن لنمو الميكروبات.

ثانيًا: من الصعب التفريق بين المعادن الحيوية وغير الحيوية المنشأ. لذا يعد التركيب التوليفي للمعادن والذي يجمع بين الأدلة التشريحية، والشكلية، والجيوكيميائية، مهمًا في البحث عن البصمة البيولوجية في السجل الجيولوجي للأرض وفي الكواكب الأخرى.

ثالثًا: من الضروري ربط الاستقراءات الآلية المخبرية بالملاحظات الميدانية؛ حيث يمكن معرفة تفاعلات المعدن والميكروب بمرور الوقت، من خلال النهج التكراري.

رابعًا: يمكن أن يفيد حسن استغلال تفاعلات المعدن والميكروب البشرية في عدة مجالات، مثل حصر ثاني أكسيد الكربون، والتخفيف من آثار الاحتباس الحراري، وتعافي الموارد، وحماية البيئة، وتصنيع مواد جديدة.

المصدر: https://phys.org

ترجمة: عبير العبيد

تويتر: @Abeer8484

مراجعة وتدقيق: د. فاتن ضاوي المحنّا

تويتر: @F_D_Almutiri