تعمل البكتيريا والطحالب كمحفزات حيوية لترسيب المواد الخام في أعماق البحار

إن قاع البحر مليء بالمواد الخام التي يمكن أن تكون مهمة جدًا في المستقبل: المنغنيز والحديد، ولكن أيضًا العناصر النادرة والثمينة مثل الكوبالت والنحاس والزنك والنيكل، موجودة بكميات كبيرة في شكل أعماق البحار. العقيدات والقشور. ترسبات هذه المواد من مياه البحر والرواسب هي نتيجة لعملية تعرف باسم التمعدن الحيوي. تساهم الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والطحالب في عملية تراكم العقيدات والقشرة وتحفز تراكم المعادن، كما أظهر بحث جديد في معهد الكيمياء الفسيولوجية والكيمياء الحيوية المرضية في جامعة يوهانس جوتنبرج ماينز. ويعتقد العلماء أن النتائج الجديدة يمكن أن تساهم في الاستخدام الصديق للبيئة والمستدام للموارد الطبيعية البحرية القيمة. لقد بدأت المنافسة على الموارد الموجودة في قاع البحر بالفعل؛ لقد راهنت الدول الصناعية بالفعل على مطالباتها وميزت المناطق التي تحتوي على احتياطيات كبيرة من المواد الخام. 'هذا مصدر محتمل للصراع الدولي'، كما يعتقد البروفيسور فيرنر مولر من جامعة ماينز. بمجرد أن نفهم بالضبط كيف يتم إنشاء العقيدات والقشور في أعماق البحار، ربما نكون في المستقبل غير البعيد في وضع يسمح لنا بتطوير سلالات من الكائنات الحية الدقيقة التي يمكنها على وجه التحديد 'تنمية' مواد خام مهمة بالنسبة لنا. قام مولر بالتحقيق في عالم الغواصات لأكثر من 30 عامًا ويعتبر رائدًا في أبحاث الإسفنج في ألمانيا. لكن اهتمامات عالم الأحياء الجزيئي المؤهل لا تقتصر على الإسفنج، الذي يعتبره مصدرًا لا ينضب تقريبًا للمواد الخام، بدءًا من المواد النشطة بيولوجيًا للاستخدام الطبي إلى السيليكات للمسارات البصرية. في نظره، تعتبر البكتيريا والطحالب أيضًا سحرة صغارًا حقيقيين. تتشكل عقيدات المنغنيز في قاع البحر على أعماق تتراوح بين 4000 إلى 5000 متر. وفي العشرة ملايين سنة الماضية أو نحو ذلك، تراكم ما يقدر بنحو 300 مليار طن من المنغنيز على شكل عقيدات. يقول مولر: 'هذا أمر مدهش للغاية عندما تأخذ في الاعتبار أن تركيز المنغنيز في مياه البحر ضئيل للغاية'. إلى جانب المنغنيز، تحتوي العقيدات (التي تشبه درنات البطاطس) أيضًا على الحديد والمعادن الثقيلة غير الحديدية التي تتراكم في طبقات. بمجرد أن تتشكل بذرة حيوية صغيرة، تلتصق الأيونات المعدنية بشكل مستمر بالطبقة الخارجية. ومن خلال العمل بالتعاون مع العلماء الصينيين، وخاصة البروفيسور الدكتور XH Wang، اكتشف مولر الآن ما الذي يؤدي إلى هذه العملية. ووفقا للنتائج التي توصلوا إليها، فإن البذور الحيوية هي بكتيريا تحتوي على طبقة بروتينية إضافية، تعرف باسم الطبقة S، على غشاءها الخارجي. 'الطبقة الخارجية للطبقة S هي مصفوفة عضوية مثالية لا تحمي الكائنات الحية الدقيقة من التأثيرات البيئية الضارة فحسب، بل تسهل أيضًا ترسب المعادن.' اكتشف مولر وشركاؤه في البحث سلاسل كاملة من البكتيريا مع طبقات S في عقيدات المنغنيز التي قدمت الأساس لتخليق المواد الحيوية. 'بمجرد وجود الطبقة الأولية، يتولى التحفيز الذاتي وتكمل المادة العملية بنفسها'. وفي حالة القشور في أعماق البحار، توفر الطحالب وحيدة الخلية، وليس البكتيريا، البذور الحيوية. تم العثور على قشور أعماق البحار - المعروفة أيضًا باسم قشور المنغنيز أو الكوبالت - على أعماق تتراوح بين 800 إلى 2400 متر، وتحتوي أيضًا على كميات كبيرة من المواد الخام القيمة. يتم إنشاؤها بواسطة كوكوليثوفوريدات، وهو شكل من أشكال الطحالب المدرعة المغطاة بالكامل بقشرة واقية من كربونات الكالسيوم. تعيش هذه الطحالب على عمق حوالي 100 متر. عندما تموت، تنخفض أصدافها الواقية إلى مستويات أعمق حيث تتشكل الروابط مع أيونات المنغنيز عن طريق التحول الكيميائي. يقول مولر: 'ربما يمكننا استخدام الطبيعة كنموذج لنا، حتى نتمكن في المستقبل أيضًا من استغلال الطحالب والبكتيريا لاستخراج المنغنيز والمعادن الأخرى من بيئة مياه البحر'. وهذا يمكن أن يساعد في نزع فتيل الصراع المستقبلي المحتمل على الموارد والمساهمة في الإنتاج المستدام، دون الإضرار ببيئة أعماق البحار.