راز پنهان چرخه کربن اقیانوسها را فاش شد
دانشمندان با ساخت یک کاوشگر مولکولی درخشان موفق شدهاند فرآیند تجزیه قندها توسط میکروبهای دریایی را در زمان واقعی مشاهده کنند؛ دستاوردی که دریچهای تازه برای درک تعامل میان جلبکها و باکتریها و چگونگی انتقال کربن در اکوسیستمهای اقیانوسی گشوده است.
به گزارش sciencetechdaily، این ابزار نوین هنگام تجزیه قندها شروع به درخشش میکند و به پژوهشگران امکان میدهد تشخیص دهند کدام میکروبها قادر به مصرف کدام نوع کربوهیدراتهای پیچیده هستند و این فرآیند چگونه بر ذخیرهسازی کربن در بستر دریا اثر میگذارد. یافته تازه میتواند درک ما از چرخه کربن اقیانوسی و نقش میکروارگانیسمها در تنظیم اقلیم زمین را دگرگون کند.
نوری بر شیمی پنهان اقیانوسها
گروهی از شیمیدانان میکروبیولوژیستها و بومشناسان با همکاری یکدیگر موفق به ساخت مولکولی شدهاند که هنگام شکسته شدن قند از خود نور ساطع میکند. پژوهشگران در مقالهای که در مجله Journal of the American Chemical Society (JACS) منتشر شده، توضیح دادهاند این ابزار جدید چگونه به آنان اجازه میدهد رقابت ظریف، اما حیاتی میان جلبکها و میکروبهای تغذیهکننده از قندهای آنها را در محیطهای اقیانوسی بهطور زنده مشاهده کنند.
یان-هنریک هههمن از مؤسسه مکس پلانک میکروبیولوژی دریایی و مرکز علوم زیستمحیطی دریایی ماروم در برمن میگوید: قندها همهجا در اکوسیستمهای دریایی وجود دارند، اما هنوز نمیدانیم همه آنها توسط میکروبها قابل تجزیه هستند یا نه. این کاوشگر جدید به ما امکان میدهد این فرآیند را زنده ببینیم.
پیتر زیبرگر از مؤسسه مکس پلانک کلوئیدها و سطوح نیز افزود: اکنون میتوانیم دقیقاً مشاهده کنیم که میکروبها چه زمانی و چگونه به قندها حمله میکنند.
قندها مخزن پنهان کربن در اعماق
جلبکها دیاکسیدکربن را جذب کرده و آن را به اکسیژن و مواد آلی، از جمله قندها، تبدیل میکنند. با این حال همه قندها به یک اندازه قابل تجزیه نیستند؛ برخی از آنها ساختارهای بسیار پیچیدهای دارند که تنها معدودی از میکروبها توانایی شکستن آنها را دارند. در نتیجه، بخشی از این کربن به اعماق دریا فرو میرود و تا قرنها در آنجا باقی میماند تا زمانی که آنزیمهای مناسب برای تجزیهاش پدید آیند.
دانشمندان مدتهاست در تلاشاند مشخص کنند کدام میکروبها قادر به تجزیه کدام قندها هستند؛ مسئلهای دشوار بهدلیل تنوع گسترده جوامع میکروبی دریایی.
فناوری FRET روشنکردن مسیر تجزیه قند
برای حل این چالش تیم تحقیقاتی از روش مونتاژ خودکار گلیکان برای تولید قندی استفاده کرد که با دو رنگ فلورسنت نشانهگذاری شده بود. این رنگها از طریق فرآیندی موسوم به انتقال تشدید انرژی فرستر یا FRET با یکدیگر تعامل دارند و مانند یک کلید مولکولی عمل میکنند. تا زمانی که مولکول قند دستنخورده باقی بماند، کاوشگر تاریک است؛ اما به محض آنکه آنزیم ساختار قند را میشکند، نور از آن ساطع میشود و دانشمندان میتوانند محل و زمان دقیق تجزیه را مشاهده کنند.
پژوهشگران این ابزار را با ردیابی فرآیند تجزیه آلفا-مانان یکی از پلیساکاریدهای رایج در شکوفایی جلبکی آزمایش کردند. این کاوشگر در محیطهای گوناگون از آنزیمهای خالص و عصارههای باکتریایی گرفته تا کشتهای زنده و جوامع کامل میکروبی عملکرد موفقی از خود نشان داد.
رودلف آمان از مؤسسه مکس پلانک میکروبیولوژی دریایی گفت: این پژوهش نمونهای عالی از همکاری میانرشتهای میان مؤسسات مکس پلانک است. با استفاده از گلیکانهای FRET اکنون ابزاری تازه برای مطالعه تعاملات فیتوپلانکتونها و باکتریوپلانکتونها در اقیانوس در اختیار داریم.
آشکار شدن تخریبکنندگان پنهان و رمزگشایی از چرخه کربن
بهگفته پژوهشگران توانایی ردیابی تجزیه α-مانان به کمک این کاوشگر جدید افقهای تازهای برای مطالعه متابولیسم میکروبی گشوده است، بدون آنکه نیازی به دادههای ژنومی پیشین باشد. این ابزار به دانشمندان اجازه میدهد تا میکروبهای فعال در تجزیه را در محل شناسایی کنند مسیر تجزیه قندها را در فضا و زمان ترسیم نمایند و نرخ دقیق این فرآیند را در جوامع پیچیده محاسبه کنند.
این فناوری نه تنها میتواند در مطالعه چرخه گلیکانها در اکوسیستمهای دریایی بلکه در بررسی فرآیندهای مشابه در بدن انسان مانند روده نیز به کار رود. با مشاهده اینکه چه میکروبهایی تحت چه شرایطی فعال میشوند، پژوهشگران میتوانند فعالیتهای آنزیمی خاص را با فرآیندهای زیستمحیطی مرتبط سازند و درک دقیقتری از جریان کربن در اقیانوس به دست آورند.
کانر کرافورد، نویسنده اول مقاله از مؤسسه مکس پلانک کلوئیدها و سطوح گفت: قندها بخش مرکزی چرخه کربن دریایی هستند. با این کاوشگر FRET اکنون میتوانیم بپرسیم چه کسی، چه چیزی را، کجا و چه زمانی میخورد؟
انتهای پیام/
