میکروب‌های روده‌ای ممکن است شیمی اقیانوس‌ها را تغییر دهند

پژوهشگران در مطالعه‌ای تازه به شواهدی دست یافته‌اند که نشان می‌دهد میکروب‌های ساکن در روده ماهی‌ها ممکن است نقشی بسیار مهم‌تر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد در تنظیم شیمی اقیانوس‌های جهان ایفا کنند. این یافته می‌تواند نگاه دانشمندان به چرخه کربن دریایی و فرآیند‌های زیستی در اقیانوس‌ها را دگرگون کند.

به گزارش ساینس دیلی، این تحقیق به سرپرستی آنتونی بوناکولتا دانشجوی سابق تحصیلات تکمیلی دانشگاه میامی در دانشکده علوم دریایی، جوی و زمین روزنستیل انجام شده است. نتایج پژوهش نشان می‌دهد که باکتری‌های موجود در دستگاه گوارش ماهی‌ها احتمالا در همکاری نزدیک با میزبان خود نوعی کربنات کلسیم تولید می‌کنند؛ ماده‌ای معدنی که نقش مهمی در شیمی آب‌های اقیانوسی دارد و به‌عنوان یکی از مخازن مهم ذخیره کربن شناخته می‌شود.

این یافته‌ها فرضیه دیرینه دانشمندان مبنی بر اینکه تولید این ماده صرفا توسط بدن ماهی انجام می‌شود را به چالش می‌کشد.

نقش ماهی‌ها در تولید کربنات کلسیم

ماهی‌های استخوانی که با نام تله‌اوست (Teleost) شناخته می‌شوند برای حفظ تعادل آب و نمک بدن خود به طور مداوم آب دریا می‌نوشند. در جریان این فرآیند که تنظیم اسمزی نام دارد روده ماهی مقادیر اضافی یون‌های کلسیم و کربنات را از آب جذب‌شده جدا می‌کند.

این ترکیبات سپس به شکل ذرات جامد کربنات کلسیم دفع می‌شوند. این ذرات که ایکتیوکربنات (Ichthyocarbonates) نام دارند. پس از ورود به محیط دریایی می‌توانند بر چرخه مواد معدنی و ذخیره‌سازی کربن در اقیانوس‌ها تاثیر بگذارند.

تا پیش از این دانشمندان معتقد بودند که تولید ایکتیوکربنات‌ها کاملا نتیجه فرآیند‌های فیزیولوژیک بدن ماهی است، اما پژوهش جدید نشان می‌دهد میکروارگانیسم‌های ساکن در روده نیز ممکن است در این فرآیند نقش فعالی داشته باشند.

مارتین گروسل، استاد ممتاز ماهی‌شناسی و رئیس دپارتمان زیست‌شناسی و بوم‌شناسی دریایی دانشگاه میامی در این باره گفت: این پژوهش نشان می‌دهد که میکروبیوم روده ممکن است نقشی بسیار گسترده‌تر در زیست‌شناسی ماهی‌ها و همچنین چرخه جهانی مواد مغذی در دریا‌ها داشته باشد. فرآیندی که پیش‌تر تصور می‌شد تنها توسط بدن ماهی انجام می‌شود احتمالا حاصل یک همزیستی نزدیک میان ماهی و جامعه میکروبی ساکن در روده آن است.

آزمایش در شرایط مختلف شوری آب

برای بررسی دقیق‌تر این موضوع محققان گونه‌ای از ماهیان موسوم به گالف تودفیش (Gulf Toadfish) را در شرایط مختلف شوری آب مورد مطالعه قرار دادند.

در این آزمایش ماهی‌ها در سه محیط متفاوت آب لب‌شور با شوری ۹ قسمت در هزار (ppt)، آب معمولی دریا با شوری ۳۵ قسمت در هزار و آب فوق‌شور با شوری ۶۰ قسمت در هزار قرار گرفتند.

مطالعات پیشین نشان داده بودند که هرچه شوری محیط بیشتر باشد تولید ایکتیوکربنات‌ها نیز افزایش می‌یابد، زیرا ماهی برای حفظ تعادل آب و نمک بدن خود فعالیت اسمزی بیشتری انجام می‌دهد. نتایج نشان داد ماهی‌هایی که در آب کم‌شور نگهداری شده بودند هیچ ایکتیوکربناتی تولید نکردند. در مقابل تولید این مواد در آب دریا آغاز شد و در شرایط فوق‌شور به میزان قابل توجهی افزایش یافت.

بررسی ژنتیکی میکروب‌ها و فعالیت سلولی

محققان برای شناسایی نقش احتمالی میکروب‌ها نمونه‌هایی از بخش‌های مختلف روده ماهی، ذرات ایکتیوکربنات تولیدشده و همچنین آب اطراف جمع‌آوری کردند.

سپس DNA و RNA این نمونه‌ها استخراج شد تا هم ترکیب جوامع میکروبی و هم الگو‌های فعالیت ژنی در ماهی و میکروارگانیسم‌های همراه آن مورد بررسی قرار گیرد.

دانشمندان با استفاده از فناوری‌های پیشرفته توالی‌یابی ژنتیکی گونه‌های مختلف باکتری‌های حاضر را شناسایی کرده و از طریق تحلیل بیان ژن‌ها عملکرد احتمالی آنها را ارزیابی کردند.

کشف باکتری‌های دخیل در تولید مواد معدنی

نتایج پژوهش نشان داد تعداد زیادی از باکتری‌های گروه ویبریو (Vibrio) در روده ماهی‌ها و همچنین در ذرات ایکتیوکربنات حضور دارند.

در میان آنها گونه‌ای به نام Photobacterium damselae subsp. damselae بیش از سایرین مشاهده شد. بررسی‌های ژنتیکی نشان داد این باکتری‌ها دارای ویژگی‌هایی هستند که با فرآیند‌های مرتبط با تشکیل کربنات کلسیم همخوانی دارد. این موضوع احتمال مشارکت مستقیم آنها در تولید ایکتیوکربنات‌ها را تقویت می‌کند.

به گفته پژوهشگران این میکروب‌ها احتمالا صرفا ساکنان منفعل دستگاه گوارش نیستند بلکه در کنار ماهی‌ها در فرآیند تولید این مواد معدنی نقش فعالی ایفا می‌کنند.

گروسل در این زمینه اظهار داشت: بخش عمده حیات روی زمین را میکروارگانیسم‌ها تشکیل می‌دهند. آنها محرک اصلی چرخه‌های مواد مغذی و عملکرد اکوسیستم‌ها هستند و از طریق روابط همزیستی ابعاد جدیدی از تنوع زیستی را آشکار می‌کنند. اقیانوس‌ها سرشار از چنین همکاری‌هایی هستند و همزیستی میان تودفیش و باکتری‌های ویبریو که احتمالا با تولید کربنات کلسیم مرتبط است نمونه‌ای چشمگیر از این روابط به شمار می‌رود.

پیامد‌های مهم برای سلامت اقیانوس‌ها و ذخیره کربن

این کشف می‌تواند درک دانشمندان از نحوه تاثیر موجودات دریایی بر شیمی اقیانوس‌ها و چرخه جهانی کربن را متحول کند. اگر تحقیقات آینده این نتایج را تایید کنند مشخص خواهد شد که میکروب‌های میکروسکوپی ساکن در بدن ماهی‌ها نقشی بسیار فراتر از آنچه تاکنون تصور می‌شد در ذخیره‌سازی کربن و حفظ تعادل شیمیایی اقیانوس‌ها دارند.

دانشمندان معتقدند این یافته نه‌تنها به شناخت بهتر اکوسیستم‌های دریایی کمک می‌کند بلکه می‌تواند در آینده برای مدل‌سازی دقیق‌تر تغییرات اقلیمی بررسی چرخه کربن جهانی و ارزیابی سلامت اقیانوس‌ها نیز اهمیت فراوانی داشته باشد.