یک تیم بین‌المللی از دانشمندان، از سواحل شرقی ایالات متحده تا نوک جنوبی ایتالیا، به یک کشف هیجان‌انگیز دست یافته‌اند: نوع جدیدی از سیانوباکتری به نام «چانکوس» که بر روی دی‌اکسید کربن (CO2) رشد کرده و به راحتی در آب مستقر می‌شود.
این جلبک منحصر به فرد که با محبت «چانکوس» نام‌گذاری شده است، در نزدیکی جزیره آتشفشانی «ولکانو» در سیسیل کشف شده؛ جایی که CO2 دریایی به وفور یافت می‌شود، زیرا دریچه‌های کم‌عمق آتشفشانی کربن را به آب می‌افزایند.
تیم تحقیقاتی مجذوب ایده‌ی حذف محدودیت‌های معمول CO2 شدند؛ محیطی که در آن، موجودات ممکن است توانایی رشد چشمگیری پیدا کنند.
رشد جلبک‌ها در محیط‌های غنی از کربن
دکتر مکس شوبرت، که در زمان انجام این تحقیق دانشمند ارشد موسسه وایس در دانشگاه هاروارد بود، اکنون دانشمند ارشد پروژه «Align to Innovate» است.
او توضیح می‌دهد: «کربن محلول نسبت به سایر مولکول‌های موجود در اقیانوس رقیق‌تر است و این مسئله رشد موجودات فتوسنتزکننده‌ای که در آنجا زندگی می‌کنند را محدود می‌کند.» وی افزود: «ما تصمیم گرفتیم بررسی کنیم که وقتی این عامل محدودکننده را با رفتن به مکانی غنی از کربن برطرف می‌کنیم، چه اتفاقی رخ می‌دهد؛ جایی که شاید برخی موجودات تکامل یافته‌اند تا از آن برای رشد بیشتر خود استفاده کنند.»
تیم موفق به کشف موجودی شد که این محدودیت را نادیده می‌گیرد. دکتر شوبرت باور دارد که «چانکوس» ویژگی‌های هیجان‌انگیزی دارد که ممکن است برای انسان‌ها مفید باشد.
آوردن دریا به آزمایشگاه
این ماجرا ۹ سال پیش شروع شد، زمانی که دکتر شوبرت و دکتر برادن تیرنی در آزمایشگاه دانشکده پزشکی هاروارد تحت نظر دکتر جورج چرچ کار می‌کردند.
دکتر شوبرت به گسترش تحقیقات خود روی ابزارهای مورد استفاده برای تکامل هدایت‌شده باکتری‌ها پرداخت. در سال ۲۰۱۹، او برنده‌ی طرحی در سمپوزیوم تغییرات آب‌وهوایی کنسرسیوم ژنتیک فضایی دانشکده پزشکی هاروارد شد که به او امکان داد تا به مطالعه‌ی سیانوباکتری‌ها بپردازد.
در این میان، دکتر تیرنی علاقه‌مند به کاوش در میکروب‌های زیست‌بوم‌های کم‌عمق بود. او با همکاری دانشمندان دانشگاه پالرمو در سیسیل و استفاده از تخصص دکتر شوبرت، به درک سیانوباکتری‌ها پرداخت.
به دنبال آن، یک سفر اکتشافی با گروهی متنوع از دانشمندان از موسساتی مانند موسسه وایس، دانشکده پزشکی هاروارد، MIT و آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر در کلرادو، همراه با چندین مؤسسه ایتالیایی، انجام شد.
دریای امکانات
تیم تحقیقاتی با ورود به آب‌های غنی از CO2 در سواحل جزیره ولکانو، نمونه‌های آبی را جمع‌آوری کردند که سپس به بوستون ارسال شد. در آنجا، دکتر شوبرت و تیمش میکروارگانیسم‌های موجود را جدا و مطالعه کردند.
این پژوهش با شبیه‌سازی محیطی آغاز شد که بتواند به رشد سیانوباکتری‌ها کمک کند؛ محیطی با نور فراوان، گرما و CO2.
نتیجه؟ دو نوع سیانوباکتری سریع‌الرشد: UTEX 3221 و UTEX 3222. چانکوس که به طور رسمی به عنوان UTEX 3222 شناخته می‌شود، به دلیل رشد تک‌سلولی‌اش انتخاب شد و مقایسه با گونه‌های موجود را آسان‌تر می‌کرد.
استفاده از جلبک‌ها برای جذب کربن
چانکوس دارای چندین ویژگی جالب است، از جمله دانه‌های غنی از کربن درون سلول‌هایش، کلنی‌های بزرگ، محتوای بالای کربن، و – به ویژه – تمایل طبیعی به سرعت ته‌نشین شدن در آب.
دکتر تیرنی می‌گوید: «بسیاری از ویژگی‌هایی که در چانکوس مشاهده کردیم، ذاتاً در محیط طبیعی آن مفید نیستند، اما برای انسان‌ها بسیار سودمندند. موجودات آبزی به‌طور طبیعی در تراکم‌های پایین رشد می‌کنند، اما توانایی رشد در تراکم بالا و دماهای بالاتر در محیط‌های صنعتی که برای تولید بسیاری از کالاها استفاده می‌کنیم، می‌تواند در جذب کربن مفید باشد.»
پتانسیل فراتر از جذب کربن
تیم تحقیقاتی از کاربردهای بالقوه این جلبک فراتر از جذب کربن هیجان‌زده است. به دلیل الگوی رشد سریع و متراکم خود، چانکوس می‌تواند در تولید مواد مغذی مانند اسیدهای چرب امگا-۳، آنتی‌اکسیدان استازانتین، و اسپیرولینا به کار گرفته شود.
با بهره‌گیری از توانایی سیانوباکتری‌ها در جذب کربن از محیط خود، فرآیندهای جذب کربن و تولید زیستی می‌توانند به طور یکپارچه‌ای پیوند یابند.
این پژوهش منجر به تأسیس یک سازمان غیرانتفاعی به نام «پروژه دو جبهه» شده است که هدف آن مطالعه نحوه‌ی بقای حیات در محیط‌های سخت و بررسی کاربردهای بالقوه در جذب کربن، بازیافت CO2 برای محصولات پایدار، و احیای اکوسیستم‌های مرجانی است.
دکتر چرچ از پتانسیل چنین سیانوباکتری‌هایی که به‌طور طبیعی تکامل یافته‌اند، قدردانی می‌کند و بر اهمیت کنترل آزمایش‌ها تأکید می‌کند.
اهمیت این پژوهش
گرفتن الهام از طبیعت به نظر می‌رسد که در قلب نوآوری‌های شگفت‌انگیز قرار دارد. دکتر دان اینگبر، بنیان‌گذار موسسه وایس، این نظر را تأیید می‌کند.
او می‌گوید: «من به این تیم افتخار می‌کنم که از آزمایشگاه خارج شدند و به دنبال بهترین ایده‌های طبیعت رفتند؛ جایی که قبلاً توسعه یافته‌اند.»
«این نمونه‌ای عالی از این است که چگونه ابتکار جدید آینده‌های پایدار ما به دنبال روش‌های خلاقانه برای مقابله با تغییرات آب‌وهوایی، بزرگ‌ترین چالش نسل ما، می‌رود.»
این مطالعه در مجله میکروبیولوژی کاربردی و محیطی منتشر شده است.
