لغز الأحياء الدقيقة: لماذا تموت معظم الميكروبات في المختبرات؟

رغم تنوع الحياة الميكروبية المذهل في الطبيعة — من مياه البحار والتربة إلى أمعاء الإنسان — يعاني العلماء منذ زمن طويل من صعوبة إعادة خلق هذا التنوع داخل المختبرات. العديد من الكائنات الدقيقة تفشل ببساطة في البقاء على قيد الحياة عندما تُفصل عن بيئتها الطبيعية وتحاول النمو في بيئة صناعية.
لكن دراسة جديدة من معهد هيلمهولتز للتنوع الحيوي البحري الوظيفي بجامعة أولدنبورغ الألمانية (HIFMB) تطرح تفسيرًا غير تقليدي لهذه الظاهرة، مفاده أن بقاء الميكروبات لا يعتمد فقط على احتياجاتها الفردية، بل على شبكة خفية من الترابطات المتبادلة بينها.
- شبكة غير مرئية من الاعتماد المتبادل
قاد هذه الدراسة الدكتور توماس كليغ والبروفيسور ثيلو غروس، حيث توصّلا إلى أن المجتمعات الميكروبية لا تعيش كمجرد مجموعات من الأنواع، بل كنظم مترابطة تتبادل المنتجات الأيضية في عملية تُعرف باسم "التغذية المتبادلة".
كل نوع من الميكروبات يمتص مواد غذائية معينة ويُفرز نواتج أيضية تكون بدورها ضرورية لبقاء أنواع أخرى، هذه العلاقات المتبادلة تشكّل شبكة دقيقة، أي خلل فيها — حتى لو كان بسيطا — قد يؤدي إلى انهيار النظام بأكمله.
- استخدام نظرية الشبكات لفهم المجتمعات الميكروبية
اعتمد الباحثون على نظرية الشبكات، وهي فرع من الرياضيات نشأ في الفيزياء ويُستخدم لفهم سلوك الأنظمة المعقدة. ووفقًا للنموذج الذي طوروه، فإن فقدان نوع واحد من المجتمع الميكروبي قد يُسبب انهيارا شبكيا شبيها بانقطاع الكهرباء أو تعطل سلاسل الإمداد كما حدث خلال جائحة كوفيد-19.
هذا ما يفسر سبب فشل زراعة بعض المجتمعات الميكروبية في المختبرات: إذا لم تشمل العينة جميع الميكروبات الموجودة في البيئة الأصلية، فإن الميكروبات التي تعتمد على إفرازات الغائبين ستُحرم من مصادرها الحيوية، مما يؤدي إلى انهيار تدريجي للتنوع.
- نقطة اللاعودة: عندما تنهار الشبكة
تشير نتائج الدراسة، المنشورة في مجلة PNAS، إلى أن انهيار المجتمعات الميكروبية يمثل "نقطة تحوّل"، وبعدها يصبح من الصعب استعادة التوازن حتى لو توفرت جميع الموارد من جديد.
يقول الدكتور كليغ: "الأمر لا يتعلق فقط بما يحتاجه كل ميكروب على حدة، بل بمن يعتمد عليه أيضا، المجتمع بأكمله إما أن يزدهر أو ينهار معا."
- آفاق جديدة لفهم مقاومة المجتمعات الميكروبية
هذه الدراسة هي الأولى من نوعها التي تشرح كيفية عمل الاعتماد المتبادل على مستوى المجتمعات الميكروبية بأكملها. ومن خلال ذلك، تُسلّط الضوء على هشاشة هذه الأنظمة حتى في بيئات غنية بالموارد مثل المختبرات.
وتُعد هذه النتائج بمثابة دعوة لإعادة النظر في طريقة تصميم التجارب المخبرية المتعلقة بزراعة الميكروبات، مع الأخذ بعين الاعتبار أهمية العلاقات البيئية الدقيقة في ضمان بقاء هذه الكائنات.

المصدر:   SciTechDaily.com