میکروب‌ها در همه جا زندگی می‌کنند، اما برخی از مهم‌ترین آنها در اعماق زمین مخفی هستند. آنها بخشی از دنیایی هستند که نقش حیاتی در حفظ سلامت اکوسیستم‌های ما ایفا می‌کنند.
کشفیات اخیر نشان داده است که گروهی از میکروب‌ها که قبلاً ناشناخته بودند، در این خاک‌های عمیق شکوفا شده‌اند و به طور خاموش به تصفیه آبی که به منبع نوشیدنی ما تبدیل می‌شود، کمک می‌کنند.
محققان دانشگاه ایالتی میشیگان در حال بررسی یکی از کمتر شناخته‌شده‌ترین بخش‌های سیاره ما هستند – یک منطقه وسیع زیرزمینی که به طور خاموش از حیات بالای زمین پشتیبانی می‌کند.
آنچه در این منطقه اتفاق می‌افتد، به تنظیم فرآیندهای ضروری مانند تصفیه آب، تشکیل خاک و چرخه مواد مغذی کمک می‌کند. با وجود اهمیت بسیار زیاد آن، دانشمندان هنوز اطلاعات کمی درباره آن دارند، به ویژه در عمیق‌ترین سطوح آن.
منطقه حیاتی چیست؟
“منطقه حیاتی از بالای درختان تا عمق ۷۰۰ فوتی خاک گسترش می‌یابد”، جیمز تایجی، کارشناس برجسته میکروبیولوژی از دانشگاه ایالتی میشیگان، توضیح داد.
“این منطقه از بیشتر حیات روی سیاره پشتیبانی می‌کند زیرا فرآیندهای ضروری مانند تشکیل خاک، چرخه آب و چرخه مواد مغذی را تنظیم می‌کند، که برای تولید غذا، کیفیت آب و سلامت اکوسیستم حیاتی هستند”، تایجی اضافه کرد.
“با وجود اهمیت آن، منطقه حیاتی عمیق یک مرز جدید است زیرا بخش عمده‌ای از زمین است که نسبتاً نادیده گرفته شده است.”
با تجزیه و تحلیل نمونه‌های خاک عمیق از ایوا و چین – دو منطقه معروف به خاک‌های غنی و عمیق – تیم تحقیقاتی کشف فوق‌العاده‌ای انجام داد: یک رده جدید از میکروب‌ها که آنها نام CSP1-3 را برای آن انتخاب کردند.
رده یک دسته‌بندی اصلی در طبقه‌بندی زیستی است، بنابراین این تنها یک گونه یا سویه جدید نیست – بلکه یک شاخه کاملاً جدید از حیات میکروبی است.
تیم تحقیقاتی ایوا و چین را برای بررسی این موضوع انتخاب کرد که آیا این میکروب‌ها در سراسر جهان پراکنده‌اند یا محدود به مناطق خاصی هستند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که CSP1-3 ممکن است رایج‌تر از آنچه که تصور می‌شد باشد.
تاریخچه میکروب‌های جدید
محققان DNA این خاک‌های عمیق را استخراج کرده و سفر تکاملی CSP1-3 را ردیابی کردند. معلوم شد که این میکروب‌ها تاریخچه طولانی‌ای دارند.
جدود آنها زمانی در محیط‌های آبی، از جمله زیستگاه‌های آب شیرین و چشمه‌های آب گرم، زندگی می‌کردند. میلیون‌ها سال پیش. در طول زمان، آنها خود را به زندگی در خاک وفق دادند و ابتدا به لایه‌های سطحی وارد شدند و در نهایت به اعماق خاک نفوذ کردند.
اما شاید شگفت‌انگیزترین کشف این است که تنها وجود آنها نیست – بلکه این میکروب‌ها در حال شکوفایی هستند.
“بیشتر مردم فکر می‌کنند که این ارگانیسم‌ها مانند هاگ‌ها یا حالت خواب هستند”، تایجی گفت. “اما یکی از یافته‌های کلیدی که از بررسی DNA آنها پیدا کردیم این است که این میکروب‌ها فعال هستند و به آرامی در حال رشدند.”
این میکروب‌ها نه تنها فعالند، بلکه غالب نیز هستند. در برخی از نمونه‌ها، CSP1-3 بیش از نیمی از جامعه میکروبی را تشکیل دادند، که این یک اتفاق نادر در اکوسیستم‌های خاکی است.
“من معتقدم که این اتفاق به این دلیل رخ داده است که خاک عمیق محیطی بسیار متفاوت است، و این گروه از ارگانیسم‌ها طی مدت طولانی تکامل یافته‌اند تا خود را با این محیط خاک فقیر تطبیق دهند”، تایجی افزود.
چگونه میکروب‌ها به تصفیه آب کمک می‌کنند؟
خاک فقط خاک نیست – بزرگترین فیلتر آب زمین است.
هنگامی که آب باران از لایه‌های خاک عبور می‌کند، توسط ترکیبی از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی پاک‌سازی می‌شود.
در حالی که خاک سطحی بخشی از این کار را انجام می‌دهد، بیشتر تصفیه آب در واقع در اعماق خاک انجام می‌شود – و اینجاست که CSP1-3 وارد عمل می‌شود.
“CSP1-3 به عنوان زباله‌خوارها عمل می‌کنند که آنچه از لایه سطحی خاک عبور کرده را پاک‌سازی می‌کنند”، تایجی گفت. “آنها کار خود را انجام می‌دهند.”
این میکروب‌ها از کربن و نیتروژنی که از سطح خاک پایین می‌آید، تغذیه می‌کنند. با این کار، آنها به تصفیه آب‌های زیرزمینی قبل از رسیدن به سفره‌های آب که منبع آب آشامیدنی ما هستند، کمک می‌کنند.
برنامه‌های بعدی محققان
گام بعدی برای تیم تحقیقاتی این است که CSP1-3 را در آزمایشگاه پرورش دهند. کشت میکروب‌های خاک عمیق در آزمایشگاه به دلیل سختی بازسازی محیط طبیعی آنها، دشوار است. با این حال، محققان امیدوارند.
دانستن این که اجداد CSP1-3 روزگاری در چشمه‌های آب گرم زندگی می‌کردند، آنها در حال آزمایش شرایط دمایی بالا برای تشویق به رشد هستند.
“فیزیولوژی CSP1-3 که توسط بیوشیمی آنها هدایت می‌شود، متفاوت است، بنابراین ممکن است ژن‌های جالبی برای اهداف دیگر وجود داشته باشد”، تایجی اظهار کرد.
“برای مثال، ما نمی‌دانیم که توانایی‌های آنها برای متابولیزه کردن آلاینده‌های سخت چگونه است و اگر بتوانیم این را یاد بگیریم، می‌توانیم یکی از مشکلات بزرگ کره زمین را حل کنیم.”
همانطور که لئوناردو داوینچی روزی گفت، “ما بیشتر درباره حرکت اجسام آسمانی می‌دانیم تا در مورد خاک زیر پایمان.” با کشف‌هایی مانند این، ما در حال تغییر این وضعیت هستیم – یک لایه در هر بار.
این مطالعه کامل در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد.
