آواتار واقعی اینجاست

Catherine Brahic
Katherine Sanderson
گردآوری و برگردان: احسان سنایی

حیات مردمان پاندورا، در میان شبکه‌ی گسترده‌‌ای که همه‌ی اجزای زیست‌کره؛ از گیاهان شب‌تاب گرفته تا پرندگان پتروداکتیل- مانند را شامل می‌شود، در جریان است.

جهان سربه‌مهر آواتار را می‌توان آفریده‌ی ذهن سینماگران هالیوود پنداشت؛ اما نمونه‌ی ریز چنین اکوسیستمی را به تازگی خود در اعماق گل‌آلود رسوبات بستر دریا یافته‌ایم؛ جامعه‌ای وسیع از باکتری‌هایی که غذایشان مواد گوگردی بستر دریاست.

حیات شبکه‌ای، تنها موضوعی علمی-تخیلی نیست / نیوساینتیست

برخی پژوهش‌گران معتقدند این موجودات از شبکه‌های ریز نانو‌سیمی، جهت برقراری ارتباطات متقابل استفاده می‌کنند. این رشته‌های نازک پروتئینی همچون خطوط برق، الکترون‌ها را به‌منظور اتصال واکنش‌های اکسیداسیون آبی با منابع غذایی ارتفاعات پایین‌تر، هدایت نموده و سامانه‌ی ارتباطی این جامعه‌ی پویا را همانند ابرجاندار یگانه‌ای می‌سازند که در ژرفای گل‌آلود دریا آرمیده است.

بر اساس فرضیه‌ی دکتر «لارس پیتر نیلسن» از دانشگاه آروس دانمارک و دانشجویانش، زنجیره‌‌ای از باکتری‌ها با همکاری متقابل، الکترون‌های موجود در رسوبات دریا را به آب ماورایشان، در ارتفاع حداکثر دو سانتیمتری انتقال می‌دهند.

این الکترون‌ها که محصول واکنش مواد ارگانیگ با هیدروژن سولفید پراکنده در رسوبات دریایی‌اند، از آن پس با اکسیژن محلول در آب دریا واکنش می‌دهند.

این به آن معناست که در سراسر سامانه، باکتری‌های مستقر در لایه‌های فوقانی رسوبات، عمل تنفس و باکتری‌های لایه‌های زیرین عمل تغذیه را برای جامعه‌ی واحدشان به انجام می‌رسانند. نیلسن می‌گوید: «چنین کشفی معجزه‌آسا بود.

این برخلاف هر چیزی بود که تاکنون فراگرفته بودیم. میکروارگانیسم‌ها، توانایی هم‌زیستی الکتریکی دورادور را دارند. دانسته‌های ما از چگونگی زندگی‌شان و این‌که چه می‌توانند انجام دهند و چه نمی‌توانند؛ همه‌‌شان چیزهایی است که هم‌اکنون می‌بایست از طریقی متفاوت بدان اندیشید».

پژوهش اخیر، اعتبار فرضیه‌ی معروفی را دوچندان نمود؛ فرضیه‌ای که طبق آن، در اجتماعات ژئوفیزیکی و میکروبیولوژیکی، باکتری‌ها قادرند از طریق ایجاد سیم‌های ریز پروتئینی و قلاب‌کردنشان، یک «بیوژئوباتری» عظیم را شکل دهند؛ یک باتری طبیعی عظیم‌الجثه که همچون نمونه‌های معمول، قادر به ایجاد جریان‌های بزرگ‌مقیاس الکتریکی است.

پژوهش‌گران خود می‌دانند که رسوبات دریایی به‌وسیله‌ی فرآیند‌های اکسایش و کاهش، هیدروژن سولفید و سایر مواد ارگانیک موجود را به یکدیگر تبدیل می‌کنند؛ اما نحوه‌ی وقوع چنین واکنشی ناشناخته مانده است. نیلسن می‌گوید: «من هیچوقت توضیح جامعی از نحوه‌ی مصرف‌ اکسیژن در بستر دریا را ندیده بودم».

آن‌ها در میزان اکسیژن محلول در لایه‌های فوقانی رسوبات خلیج آروس را در محیط آزمایشگاه تغییر دادند. در نمونه‌هایی که غلظت اکسیژن سطحی به طرز قابل توجهی افت کرده بود، سرعت مصرف هیدروژن سولفید موجود در رسوبات کاهش یافت و به‌عبارتی اندکی از این ترکیب، در نبود اکسیژن مجدداً تولید شد.

با ورود دوباره‌ی اکسیژن به آب، این‌بار تراز علظت هیدروژن سولفید افت نمود. همه‌ی این تغییرات، در کمتر از یک ساعت رخ داد.

این برای گروه پژوهشی گیج‌کننده بود؛ چراکه ۶۰ دقیقه، زمانی کافی برای شکسته‌شدن پیوند مولکول‌ها یا برقراری واکنش‌های معمولی که چنین تغییراتی را موجب شوند، نیست.

از این‌رو نیلسون نتیجه‌ گرفت که فرآیند دیگری در این رویداد دخیل است. او می‌گوید: «فرآیند‌هایی درون رسوبات در جریان است که با مصرف اکسیژن در بیرونی‌ترین سطوح لایه‌های رسوبی ارتباط دارد. از قرار معلوم این [عامل] واسطه، باکتری‌ها هستند».

باکتری‌های سطحی، اکسیژن را مصرف می‌کنند و باکتری‌های زیرین، همه‌ی مواد مغذی موجود در رسوبات را به مصرف می‌رسانند.

به اعتقاد نیلسون انجام این کار، با زائده‌های سیم‌مانند برخی از باکتری‌های خاص که توان انتقال الکترون را به پیرامون خود دارند، انجام می‌گیرد.

با این حال هرچند او هنوز هیچ مدرکی دال بر وجود این سیم‌ها نزد خود ندارد، اما تنها چنین ساختارهایی توان هدایت الکترون‌های منفرد را طی مسافت‌های شدیداً طولانی (به نسبت ابعاد یک باکتری) دارند. نیلسون می‌گوید: «ما در خصوص دو سانتیمتر صحبت می‌کنیم که برای یک باکتری، ۲۰‌هزار برابر ابعاد بدنش است».

یک شبکه‌ی نانوسیمی، احتمالاً باکتری‌های مستقر در اعماق دریا را قادر می‌سازد تا در شرایط کمبود اکسیژن این ارتفاع، اکسیژن کافی جهت سوزاندن مواد غذایی خود را به دست آورند. باکتری‌های مستقر در اعماق رسوبات (سمت چپ)، مولکول هیدروژن سولفید را شکسته و از این طریق انرژی کسب می‌کنند. سپس الکترون آزاد شده را از طریق شبکه به سمت باکتری‌های فوقانی (سمت راست) می فرستند. این الکترون سپس توسط اکسیژن محلول در آب گرفته شده و واکنش‌ها نهایتاً با تولید یک مولکول آب توسط باکتری‌های فوقانی، اتمام می‌یابد. / نیوساینتیست

دکتر «اندرو رویل» از آموزشگاه معدن‌شناسی گولدن کلرادو، چندین سال است که از مفهوم بیوژئوباتری پشتیبانی می‌کند؛ اما معتقد است این فرضیه‌ با شبهه‌هایی نیز همراه است.

بنا به اعتقاد وی، رازهای فراوانی که پیرامون واکنش‌های اکسایش- کاهشی در رسوبات وجود دارد، پیش‌ترها زمینه‌ی وسیعی را پوشش نمی‌داده‌اند. او می‌گوید: «زمانی‌که مردم به شیمی [مرتبط با] اکسایش و کاهش برمی‌خوردند، آن را در مقیاسی محدود می‌دیدند. آن‌ها تصورش را نمی‌کردند که الکترون‌ها در مقیاس‌های چندین سانتیمتری نیز انتقال یابند».

رویل، پژوهش نیلسن را تقویت‌کننده‌ی استدلالات موجود پیرامون این ارتباطات دوربرد دانسته و به‌نوعی آن را مکمل فعالیت تخصصی نیلسون، در جهت اندازه‌گیری میدان‌های الکتریکی تولید‌شده توسط این جریانات، قلمداد می‌کند. وی در عین حال اضافه می‌کند که نیلسن همچنان باید به اثبات فرضیه‌اش پرداخته و نشان دهد که باکتری‌ها مبادرت به ایجاد چنین نانو‌سیم‌هایی می‌کنند.

دکتر «یوری گُربی»، از انیستیتو J. Craig Venter سن‌دیه‌گو در کالیفرنیا با احتمال مشاهده‌ی مدارکی مبنی بر وجود این نانوسیم‌ها؛ احتمالاً از طریق انجماد نمونه‌های رسوبی و تصویربرداری آن با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی، موافق است.

وی که از نتایج پژوهش نیلسون ابراز خرسندی می‌کند، اینچنین می‌گوید: «این نتایج، بسیار امیدبخش و مهیج بود. مفهوم وجود نانوسیم‌ها در محیط‌های رسوبی، مفهومی عمیق است. [اما] می‌بایست احتیاط کنیم تا نتیجه‌گیری‌ها، فراتر از مسائل اثبات‌شده نرود».

رویل، بعنوان مثال معتقد است این جریانات ریزمقیاس امکان دارد نه از طریق نانوسیم‌ها، که با شبکه‌ی وسیعی از الکترود‌های گرافیتی ایجاد شده باشد و توان برقراری واکنش‌های اکسایش-کاهشی نیز صرفاً جهت تبدیل آلاینده‌های سمی به ترکیبات غیرسمی به کار رود.

از سویی گربی و دانشجویانش آثار نانوسیم‌های احتمالی را در سامانه‌های زیستی فراوانی از جمله در لوله‌های زمین‌گرمایی پارک ملی یلوستون ایالت وایومینگ، دیده‌اند.

گربی می‌گوید: «اثبات کامل وجود نانوسیم‌های باکتریایی از محیط‌ها و ارگانیسم‌های گوناگون، اندکی زمان‌بر است».

نیلسن نیز معتقد است هنوز کارهای بیشتری است که باید به انجام رساند. او می‌گوید:

«هنوز چیزهایی زیادی برای یادگیری وجود دارد. ما به ابزارهای بهتری جهت مطالعه‌ی این [پدیده] در طبیعت نیازمندیم، ما باید بدانیم که چگونه چنین شبکه‌ای ایجاد شده است».