إفرازات الميكروبات تبرز بوصفها مساهمًا رئيسيًا في كربون التربة

حدّد بحث نشره موقع nature.com مسارًا ميكروبيًا رئيسيًا ثانيًا يدخل الكربون من خلاله إلى التربة ويبقى فيها. فالميكروبات لا تسهم فقط عبر بقايا الخلايا التي ماتت؛ إذ قد توفر المواد التي تطلقها وهي حية كميات مماثلة من الكربون، وقد تندمج في الكربون العضوي المرتبط بالمعادن بمعدلات مماثلة أو أعلى.

وجاء هذا الاكتشاف نتيجة دراسة لترب الأراضي الزراعية في أنحاء الصين، طوّر خلالها الباحثون تقنية لتتبّع النظائر بهدف قياس إنتاج المواد البوليمرية خارج الخلايا. وتُطلَق هذه المواد خارج الخلايا الميكروبية، فتشكّل مخاليط قد تضم السكريات والبروتينات وبوليمرات بيولوجية أخرى. وغالبًا ما توصف قوامها بأنه شبيه بالمخاط، لكن أهمية هذه المواد في تخزين كربون التربة على المدى الطويل قيسَت بوضوح أقل مقارنة ببقايا الخلايا الميتة.

جزء مفقود من دورة الكربون الميكروبية

يتكوّن الكربون العضوي في التربة جزئيًا من المواد النباتية، لكن الميكروبات تساعد في تحديد ما يحدث لهذه المواد بعد دخولها إلى الأرض. فهي تعالج الكربون المشتق من النباتات وتحول جزءًا منه إلى كربون ميكروبي. ويمكن لهذا الكربون أن يبقى في التربة، ليصبح جزءًا من المخزون الأوسع للمادة العضوية.

وقد أثبت العلماء أن البقايا الخلوية — وهي المخلفات التي تتركها الخلايا الميكروبية عند موتها — تسهم إسهامًا مهمًا في هذا التخزين. أما العمل الجديد فيتناول سؤالًا أقل بحثًا: ما كمية الكربون التي توفرها المنتجات الميكروبية التي تُطلَق خارج الخلية قبل الموت؟

وتقدم المواد البوليمرية خارج الخلايا إحدى الإجابات عن ذلك. فالميكروبات تنتج هذه المواد وتطلقها في محيطها، حيث يمكنها التفاعل مع جزيئات التربة ومعادنها. وتشير نتائج الدراسة إلى أن هذه العملية ليست إضافة هامشية إلى تخزين الكربون عبر الخلايا الميتة. فعبر الترب التي شملها المسح، كان إنتاج المواد خارج الخلايا مماثلًا لإنتاج البقايا الخلوية الميكروبية.

كما وجد الباحثون علاقة إحصائية بين وفرة هذه المواد أو إنتاجها وبين الكربون العضوي المرتبط بالمعادن في الترب المختلفة. ولا تثبت هذه العلاقة وحدها كل خطوة من خطوات العملية، لكنها تشير إلى صلة بين الإفرازات الميكروبية وأحد مخزونات كربون التربة التي تُعد مهمة لبقائه.

تتبّع الكربون إلى المخزونات المرتبطة بالمعادن

لقياس المسار خارج الخلايا، طوّر الباحثون طريقة تستند إلى ماء يحتوي على الأكسجين-18، وهو شكل من الأكسجين يمكن تتبعه عبر العمليات البيولوجية. واستخدموا هذا النهج في مسح على نطاق وطني للترب الزراعية في الصين، ما أتاح تقييم إنتاج المواد البوليمرية خارج الخلايا في مواقع كثيرة بدلًا من عينة واحدة خاضعة للضبط.

كما استخدمت الدراسة تجارب مختبرية على أنظمة بيئية مصغرة وُسِم فيها الكربون بالكربون-13. وأتاح ذلك تتبّع الكربون المنحدر من المواد البوليمرية خارج الخلايا وتحديد ما إذا كان قد دخل مخزون الكربون العضوي المرتبط بالمعادن.

وأظهرت تلك التجارب أن الكربون المنقول من المواد الميكروبية إلى المخزون المرتبط بالمعادن انتقل بمعدلات مماثلة للمعدلات المقيسة لبقايا الخلايا الميكروبية، بل وبمعدلات أعلى في بعض الحالات. وتعزز النتيجة القول إن الإفرازات الميكروبية ليست مجرد مادة مؤقتة في بيئة التربة. إذ يمكن أن تصبح جزءًا من جزء كربوني مرتبط بالمعادن، حيث تُحتجز المادة العضوية في صورة ذات صلة بتراكم كربون التربة.

لماذا يهم هذا الاكتشاف

يُعد الكربون العضوي المرتبط بالمعادن أحد المصارف الرئيسية للكربون في التربة. ويكتسب فهم كيفية وصول الكربون إلى هذا المخزون أهمية لأن المسار يحدد كيفية تفسير الباحثين للتغيرات في كربون التربة، وكيفية تقييمهم تأثير المجتمعات الميكروبية.

ويوسّع هذا العمل صورة معالجة الميكروبات للكربون. فالتركيز على الخلايا الميتة وحدها سيغفل الكربون الذي تطلقه الميكروبات الحية، رغم أن الدراسة تشير إلى أن هذا المدخل خارج الخلايا قد يكون مهمًا بالقدر نفسه. ومن ثم تقدم النتائج آلية تفسر كيفية تأثير المجتمعات الميكروبية في حركة الكربون واحتجازه في الترب.

وقد تساعد النتائج أيضًا في تحسين الأبحاث المتعلقة باستجابة كربون التربة للتغير العالمي. فالظروف التي تغيّر النشاط الميكروبي قد تؤثر ليس فقط في تكوّن البقايا الخلوية، بل أيضًا في إطلاق المواد البوليمرية خارج الخلايا ومصيرها. ولا تطرح الدراسة المسار خارج الخلايا بديلًا عن البقايا الخلوية، بل تحدد أن كليهما مساران مهمان يمكن من خلال المعالجة الميكروبية أن يرفدا كربون التربة المرتبط بالمعادن.