كيف تؤثر الميكروبات التي تعيش في السحب على حياتنا

في السًحب، يعيش كل ميكروب في عزلة تامة، محاصاً داخل قطرته الخاصة من المياه.

تعتبر السحابة بالنسبة للبكتيريا، عالماً غريباً جداً، يختلف اختلافاً جذرياً عن بيئاتها التي تعيش فيها عادةً على اليابسة أو في البحر.

إذ عادةً ما تتجمع البكتيريا في مجموعات.

وفي الأنهار، قد تنمو لتشكل حصائر ميكروبية. وفي أمعائنا، تُشكل أغشية كثيفة.

أمّا في السحب، فيعيش كل ميكروب في عزلة تامة، محاصراً داخل قطرة ماء خاصة به.

وتعني هذه العزلة، أنّ بكتيريا السحابة لا تضطر للتنافس مع بعضها البعض على الموارد المحدودة. لكن في الوقت نفسه، لا تملك قطرة الماء مساحة كافية لحمل العناصر الغذائية التي تحتاجها الميكروبات للنمو.

ومع ذلك، وجد أماتو وزملاؤه أدلة على أنّ بعض الميكروبات يمكنها بالفعل النمو في السحب. ففي إحدى الدراسات، قارن الباحثون العينات التي جمعوها من السحب في بوي دو دوم، بعينات أخرى جمعوها من الجبل في أيام صافية.

وبحث الباحثون عن أدلة على نشاطها، عبر مقارنة كمية الحمض النووي في عيناتهم بكمية الحمض النووي الريبوزي (RNA).

إذ تُنتج الخلايا النشطة والنامية، نسخاً كثيرة من الحمض النووي الريبوزي من حمضها النووي بهدف إنتاج البروتينات.

ووجد الباحثون أن نسبة الحمض النووي DNA إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA)، كانت أعلى بعدة مرات في السحب منها في الهواء النقي، وهو دليل قوي على ازدهار الخلايا في السحب. كما وجدوا أن البكتيريا الموجودة في السحب تُفعّل الجينات الأساسية لاستقلاب الغذاء والنمو.

ولفهم كيفية ازدهار هذه البكتيريا في السحب، قام الباحثون بتربية بعض الأنواع التي التقطوها في مختبرهم، ثمّ وضعوها في غرف محاكاة للغلاف الجوي.

ويستخدم أحد أنواع الميكروبات، المعروف باسم ميثيلوباكتيريوم، طاقة ضوء الشمس لتحليل الكربون العضوي داخل قطرات المياه في السحب.

وبعبارة أخرى، تأكل هذه البكتيريا السحب. وبحسب أحد التقديرات، تكسر ميكروبات السحب مليون طن من الكربون العضوي في جميع أنحاء العالم سنوياً.

وتشير نتائج كهذه إلى أن هذه الكائنات التي تعيش في الهواء قوةٌ لا يستهان بها، إذ تؤثر تأثيراً بالغاً على كيمياء الغلاف الجوي. بل إنها تغيّر حالة الطقس.

وعندما تتشكل السحابة، تُنشئ تيارات هوائية صاعدة ترفع الهواء المحمّل بالماء إلى ارتفاعات عالية تكون باردةً بما يكفي لتحويل الماء إلى جليد. ثم يتساقط الجليد مجدداً. وإذا كان الهواء القريب من الأرض بارداً، فقد يهبط على شكل ثلج. وإذا كان دافئاً، فيتحول إلى مطر.

وقد يكون من الصعب بشكل ملفت تكوّن الجليد في سحابة شديدة البرودة. حتى في درجات حرارة أقل بكثير من نقطة التجمد، يمكن لجزيئات الماء أن تبقى سائلة.

ومع ذلك، فإنّ إحدى طرق تحفيز تكوّن الجليد هي منحها بذرةً من الشوائب.

فعندما تلتصق جزيئات الماء بسطح الجسيم، فإنها تترابط مع بعضها البعض، في عملية تُعرف باسم التنوي. ثمّ تلتصق بها جزيئات ماء أخرى وتتجمع في بنية بلورية (تشبه الكريستال)، والتي عندما تصبح ثقيلة بما يكفي، ستسقط من السماء.

وقد اتضح أن الجزيئات البيولوجية وجدران الخلايا بارعةٌ للغاية في تحفيز هطول المطر. فالفطريات والطحالب وحبوب اللقاح والأشنات والبكتيريا، وحتى الفيروسات، قادرةٌ على تكوين الجليد في السحب.

من الممكن أيضاً أن تكون السحب والحياة مرتبطتان في دورةٍ وثيقة، لا تقتصر على العيش والتهام السحب فقط، بل تُساعدها أصلاً على التشكل.

وتُعدّ بكتيريا الزائفة الزنجارية (Pseudomonas) من أفضل مُنتجات المطر.

ولا يعلم العلماء سبب براعة هذه البكتيريا تحديداً في تكوين الجليد في السحب، ولكن قد يكون ذلك مرتبطاً بطريقة نموها على الأوراق.

فعندما يهطل مطرٌ بارد على ورقة، قد تُساعد الزائفة الزنجارية الماء السائل على التحول إلى جليد عند درجات حرارة أعلى من المعتاد. وعندما تفتح شقوق الجليد الأوراق، يُمكن للبكتيريا أن تتغذى على العناصر الغذائية الموجودة بداخلها.

حتى أنّ بعض العلماء تكهّنوا بأنّ النباتات ترحب ببكتيريا مثل الزائفة الزنجارية، على الرغم من الضرر الذي تُسببه.

وعندما تزيل الرياح البكتيريا عن النباتات وتدفعها في الهواء، ترتفع لتصل إلى السُحب في السماء. وتُمطر السحب المُلقحة بالزائفة الزنجارية المزيد من المطر على النباتات تحتها.

وتستخدم النباتات مياه هذه الأمطار لإنتاج المزيد من الأوراق، وتنمي هذه الأوراق المزيد من البكتيريا، التي ترتفع بدورها إلى السماء وتُحفز السحب لإنتاج المزيد من الأمطار لتغذية الحياة في الأسفل.

وإذا ثبتت صحة هذا التكهن، فسيكون ذلك تكافلاً مهيباً في علم الأحياء، يربط الغابات بالسماء.

كما تُثير الأبحاث حول الحياة في السحب، احتمال وجود كائنات حية محمولة جواً على كواكب أخرى – حتى تلك التي قد تبدو أسوأ الأماكن للحياة.

فكوكب الزهرة، على سبيل المثال، يتمتع بدرجة حرارة سطحية عالية بما يكفي لإذابة الرصاص. لكنّ السحب التي تُغطي الزهرة أبرد بكثير، وربما تكون مناسبة لاستمرار الحياة.

وقد تكهنت سارة سيغر، عالمة الأحياء الفلكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، بأنّ الحياة ربما نشأت على سطح كوكب الزهرة في وقت مبكر من تاريخه، عندما كان أكثر برودة ورطوبة.

ومع ارتفاع درجة حرارة الكوكب، ربما وجدت بعض الميكروبات ملجأً لها في السحب. وتقول إنه بدلاً من أن تغرق عائدةً إلى السطح، ربما طفت صعوداً وهبوطاً في الغلاف الجوي، راكبةً التيارات الهوائية لملايين السنين.

إن التفكير في بيئة “سيغر” الهوائية الغريبة يمكن أن يجعل تأمل السحب أكثر متعة.

ولكن عندما ننظر إلى السحب، فإننا ننظر أيضاً إلى تأثيرنا على العالم، بحسب ما كشفته أبحاث أماتو.

وعندما قام أماتو وزملاؤه بمسح الجينات في الميكروبات التي يلتقطونها، وجدوا أنّ عدداً كبيراً من هذه الجينات يمنح البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية.

أمّا على الأرض، فقد حفزنا نحن البشر التطور الواسع النطاق لهذه الجينات المقاومة.

فعبر تناولنا كميات زائدة من البنسلين والأدوية الأخرى لمكافحة العدوى، قمنا بتقوية طفرات يمكنها مقاومة هذه المضادات.

وما يزيد الطين بلة، أنّ المزارعين يُطعمون الدجاج والخنازير وغيرها من الماشية المضادات الحيوية كي تنمو إلى أحجام أكبر.

وفي عام 2014 وحده، توفي 700 ألف شخص حول العالم بسبب عدوى بكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية.

وبعد خمس سنوات، ارتفع العدد إلى 1.27 مليون.

وتتطور مقاومة المضادات الحيوية داخل أجسام البشر والحيوانات التي يأكلونها.

ثم تهرب البكتيريا المُكتسبة لهذه المقاومة من حاضناتها وتشق طريقها عبر البيئة – إلى التربة، وإلى مجاري المياه، بل وحتى إلى الهواء.

وقد وجد الباحثون مستويات عالية من هذه الجينات المقاومة في البكتيريا التي تطفو في المستشفيات وحول مزارع الخنازير.

لكنّ جينات البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية يمكن أن تنتشر جواً لمسافات أبعد بكثير.

فقد فحص فريق دولي من العلماء، فلاتر مكيفات هواء السيارات في تسع عشرة مدينة حول العالم.

ووجدوا أنّ هذه الفلاتر قد التقطت تنوعاً غنياً من البكتيريا المقاومة. بمعنى آخر، يبدو أنّ جينات المقاومة تطفو عبر المدن.

وفي السنوات الأخيرة، رصد أماتو وزملاؤه رحلات أطول لهذه الجينات.

ففي مسحٍ أُجري عام 2023 للسحب، أفاد الباحثون بالعثور على بكتيريا تحمل 29 نوعاً مختلفاً من جينات المقاومة للمضادات الحيوية فيها.

وقد تحمل بكتيريا واحدة محمولة في الهواء، ما يصل إلى تسعة جينات مقاومة، كل منها يوفر دفاعاً مختلفاً ضد الأدوية.

وقدّر الباحثون أنّ كل متر مكعب من سحابة واحدة، يحتوي على ما يصل إلى 10 ألف جين مقاوم للمضادات الحيوية.

وقد تحتوي سحابة عادية تطفو فوق رؤوسنا على أكثر من تريليون جين منها.

ويعتقد أماتو وزملاؤه أنّ السحب تحتوي على هذا العدد الكبير من جينات المقاومة لأنها تساعد البكتيريا على البقاء على قيد الحياة.

وتُوفر بعض الجينات، مقاومة للمضادات الحيوية، من خلال السماح للبكتيريا بضخ الأدوية خارج أنسجتها بسرعة، والتخلص منها قبل أن تُسبب لها ضرراً.

وقد يدفع ضغط الحياة في السحابة، البكتيريا إلى إنتاج نفايات سامة تحتاج إلى ضخها الى خارج أنسجتها بسرعة أيضاً.

وقد تتمكن السحب من نشر جينات المقاومة للمضادات الحيوية هذه إلى أبعد من اللحوم والمياه الملوثة.

فبمجرد دخول البكتيريا إلى السحابة، يمكنها السفر مئات الأميال في غضون أيام، قبل أن تُنثر قطرات المطر وتسقط عائدةً إلى الأرض.

وعندما تصل هذه الميكروبات إلى الأرض، قد تنقل جيناتها المقاومة إلى ميكروبات أخرى تصادفها في بيئتها الجديدة.

ويقدر أماتو وزملاؤه أن 2.2 تريليون تريليون جين مقاوم للمضادات الحيوية يتساقط من الغيوم سنوياً.

سيكون تذكر هذه المعلومة صادماً لنا أثناء تنزهنا تحت المطر. فنحن نسير وسط سيل من الحمض النووي الذي صنعناه بأنفسنا.

كارل زيمر كاتب عمود “أويجينز” (الأصول) في صحيفة نيويورك تايمز الأمريكية، ومؤلف 15 كتاباً علمياً. أحدث كتبه هو “المحمول جواً: التاريخ الخفي للحياة التي نتنفسها”، وهو الكتاب المقتبس منه هذا المقال.