کشف باکتری‌هایی که بر روی جریان‌های فوران‌های دریای عمیق سوار می‌شوند؛ سرنخی از چگونگی گسترش زندگی باستانی

بستر اقیانوس پر از شکاف‌هایی به نام «منافذ هیدروترمال» است که مایعات داغ و غنی از هیدروژن سولفید، متان و هیدروژن را از اعماق زمین به اقیانوس وارد می‌کنند.

در اطراف نواحی گرم این منابع تغذیه پویای مواد شیمیایی، گروهی از میکروب‌های ناشناخته و گرسنه تجمع می‌کنند که برای زنده ماندن در نبود نور خورشید و اکسیژن کافی، از مواد شیمیایی منتشرشده از این منافذ استفاده می‌کنند.

اما این منافذ ممکن است تنها زیستگاه‌هایی نباشند که میکروب‌ها در آن‌ها به زندگی ادامه می‌دهند.

یک مطالعه جدید نشان داده است که یک جنس از باکتری‌ها به نام Sulfurimonas نه تنها در اطراف منافذ هیدروترمال رشد می‌کند، بلکه می‌تواند در جریان‌های سردتر و دارای اکسیژن بیشتر که از این منافذ به سمت بالا منتشر می‌شوند، زندگی کند.

این ابرهای دودی می‌توانند صدها متر به سمت بالا و کیلومترها به اطراف گسترش پیدا کنند. این جریان‌ها زمانی شکل می‌گیرند که ماگمای داغ با آب سرد اقیانوس مخلوط شده و ترکیب شیمیایی کاملاً متفاوتی نسبت به منافذ هیدروترمال ایجاد می‌کنند.

Sulfurimonas به‌عنوان یکی از گونه‌های غالب اطراف منافذ هیدروترمال شناخته شده است که به‌راحتی در آب‌های گرم و کم‌اکسیژن زندگی کرده و از سولفید منتشرشده از منافذ برای تأمین انرژی استفاده می‌کند. اما این یافته‌های جدید نشان می‌دهند که برخی گونه‌ها توانسته‌اند با جریان‌ها بالا رفته و در آن‌ها زنده بمانند.

مطالعات قبلی نشانه‌های ژنتیکی Sulfurimonas را در بالای جریان‌های هیدروترمال شناسایی کرده بودند، اما تصور نمی‌شد که این باکتری‌ها بتوانند در چنین محیط‌هایی رشد کنند؛ زیرا جریان‌ها بسیار سرد و غنی از اکسیژن هستند.

ماسیمیلیانو مولاری، میکروب‌شناس دریایی از مؤسسه مکس پلانک آلمان، توضیح می‌دهد: «فرض بر این بود که این باکتری‌ها از زیستگاه‌های نزدیک به منافذ هیدروترمال به این جریان‌ها شسته شده‌اند. اما ما کنجکاو بودیم بدانیم که آیا جریان‌ها می‌توانند محیط مناسبی برای برخی از اعضای گروه Sulfurimonas باشند یا نه.»

نمونه‌برداری از جریان‌های هیدروترمال کار پیچیده‌ای است. این کار مستلزم سفر به بخش‌های دورافتاده اقیانوس است؛ جایی که مرزهای صفحات تکتونیکی به‌آرامی از هم جدا می‌شوند.

این مناطق به‌راحتی قابل‌تشخیص نیستند و حتی در صورت یافتن آن‌ها، نمونه‌برداری از جریان‌های هیدروترمال دشوار است، به‌ویژه اگر در عمق بیش از ۲۵۰۰ متری زیر یخ‌های دریای قطب شمال یا موج‌های خروشان قرار داشته باشند.

مطالعه فعلی اولین تحقیقی است که به‌طور مستقیم بررسی می‌کند آیا بخش بالایی این جریان‌ها زیستگاه مناسبی برای Sulfurimonas است یا نه.

نمونه‌برداری در اقیانوس مرکزی قطب شمال و همچنین در اقیانوس جنوب اطلس انجام شد.

توالی‌یابی ژنومی گونه‌ای خاص به نام Sulfurimonas pluma را آشکار کرد که «در جریان‌های هیدروترمال سرد (کمتر از ۰ تا ۴ درجه سانتی‌گراد)، اشباع از اکسیژن و غنی از هیدروژن به‌صورت جهانی فراوان و فعال است.»

برخلاف دیگر گونه‌های Sulfurimonas، ژنوم S. pluma نشان‌دهنده استفاده از متابولیسم هوازی است که برای رشد به اکسیژن نیاز دارد.

این باکتری همچنین به نظر می‌رسد توانایی کاهش نیترات – که معمولاً جنس Sulfurimonas به‌جای اکسیژن از آن استفاده می‌کند – را از دست داده است.

برای شناسایی فلزات و ترکیباتی که به رشد S. pluma در جریان‌های تقریباً یخ‌زده کمک می‌کنند، مطالعات بیشتری لازم است. اما براساس نتایج جدید، این محیط به‌نظر می‌رسد زیستگاه مناسبی برای زندگی و تولیدمثل این باکتری باشد.

نشانه‌های دیگر وجود باکتری‌ها در جریان‌های هیدروترمال ممکن است ناشی از آب‌های اطراف باشد و نه منافذ هیدروترمال. این احتمال در مورد S. pluma نیز وجود دارد، اما همچنین ممکن است این باکتری گونه‌ای «انتقالی» باشد.

این یافته‌ها می‌توانند توضیح دهند که چگونه برخی از قدیمی‌ترین اشکال حیات اقیانوسی (احتمالاً بیش از ۴ میلیارد سال پیش) توانستند از منافذ هیدروترمال دور شوند و در مکان‌های دیگر زیست کنند.

مولاری می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم جریان‌های هیدروترمال نه‌تنها میکروارگانیسم‌ها را از منافذ هیدروترمال پراکنده می‌کنند، بلکه ممکن است اکولوژیکاً اقیانوس باز را به زیستگاه‌های کف دریا متصل کنند.»

او و همکارانش معتقدند یافته‌های آن‌ها «پارادایم‌های جدیدی در اکولوژی میکروبی» دریا ارائه کرده و یک زیستگاه نوین برای یک باکتری فراوان که در اقیانوس‌های سراسر جهان یافت می‌شود، آشکار کرده است.