حتى البكتيريا البسيطة يمكنها توقع تغير الفصول

على الرغم من كونها من أبسط أشكال الحياة على الأرض، إلا أن البكتيريا الزرقاء قادرة على توقع الفصول المتغيرة والاستعداد لها بناءً على كمية الضوء التي تتعرض لها.

لقد كان من المعروف منذ أكثر من قرن أن الكائنات الحية المعقدة يمكن أن تستخدم طول النهار كمؤشر للظروف البيئية المستقبلية – على سبيل المثال، تصبح الأيام أقصر قبل أن تصبح أكثر برودة. إن ظواهر مثل الهجرة، والإزهار، والسبات، والتكاثر الموسمي كلها تسترشد بمثل هذه الاستجابات في النباتات والحيوانات، والمعروفة باسم الفترة الضوئية، ولكن لم يتم رؤيتها من قبل في أشكال الحياة البسيطة مثل البكتيريا حتى الآن.

قامت لويزا جبور، التي كانت تعمل آنذاك بجامعة فاندربيلت في ناشفيل بولاية تينيسي، وزملاؤها بالكشف بشكل مصطنع عن المكورات العنقودية الطويلة البكتيريا الزرقاء لفترات متفاوتة من النهار، ووجدوا أن أولئك الذين عاشوا محاكاة لأيام قصيرة كانوا أفضل مرتين إلى ثلاث مرات في البقاء على قيد الحياة في درجات الحرارة الباردة الجليدية، مما يشير إلى أنهم استعدوا لظروف شبيهة بالشتاء.

ومن خلال اختبار فترات أقصر وأطول، قرر الباحثون أن الأمر يستغرق من أربعة إلى ستة أيام حتى تتطور الاستجابة.

وتنتج هذه الكائنات جيلًا جديدًا في غضون ساعات، مما يعني أن الخلايا يجب أن تمرر المعلومات على طول اليوم إلى نسلها. ومع ذلك، فإن الباحثين لم يفهموا بعد كيفية نقل هذه المعلومات.

البكتيريا الزرقاء، التي تلتقط الطاقة من ضوء الشمس من خلال عملية التمثيل الضوئي، موجودة منذ أكثر من ملياري سنة وتوجد في كل مكان تقريبًا على الأرض.

يقول جبور، الموجود الآن في مركز جون إينيس في نورويتش بالمملكة المتحدة: “إن حقيقة أن كائنًا قديمًا وبسيطًا مثل البكتيريا الزرقاء يمكن أن يكون له استجابات دورية ضوئية تشير إلى أن هذه ظاهرة تطورت في وقت أبكر بكثير مما كنا نتخيله”. .

ونظر الفريق أيضًا في كيفية تغير أنماط التعبير الجيني استجابةً لاختلاف طول اليوم. تشير نتائجهم إلى أن الدورة الضوئية ربما تطورت من خلال اختيار الآليات الموجودة لمكافحة الضغوط الحادة، مثل الضوء الساطع ودرجات الحرارة القصوى.

هذه النتائج لها أيضًا آثار على تطور إيقاعات الساعة البيولوجية، وهي الساعات البيولوجية التي تنظم دورات الليل والنهار، كما يقول عضو الفريق كارل جونسون من جامعة فاندربيلت.

ويقول: “أعتقد أننا افترضنا دائمًا أن الساعات اليومية تطورت قبل أن تتمكن الكائنات الحية من قياس طول النهار/الليل، وبالتالي توقع الفصول المتغيرة”. يقول جونسون: “لكن حقيقة تطور الدورة الضوئية في مثل هذه الكائنات القديمة والبسيطة، ونتائج التعبير الجيني لدينا تشير إلى مسارات الاستجابة للضغط التي ربما تطورت في وقت مبكر جدًا من الحياة على الأرض، تشير إلى أن الدورة الضوئية ربما تطورت قبل الساعات البيولوجية”.