وجد باحثون أن بعض أنواع البكتيريا تتطور وفقًا للفصول، مثل الساعة البيولوجية! ⏱️

لاحظ الباحثون أن أنواعًا عديدة من البكتيريا في بحيرة مينودوتا تتطور بسرعة كبيرة خلال السنة، على ما يبدو استجابةً للتغيرات الموسمية الكبيرة.

تتغير متغيرات الجينات عبر الأجيال، لكنّ هذه الأنواع البكتيرية تعود إلى حالتها الوراثية السابقة تقريبًا بعد آلاف الأجيال. 🤯 (لأنّ حياة البكتيريا الفردية قصيرة جدًا، قاس الباحثون تغير الجينومات البكتيرية لمعرفة التغييرات عبر الزمن.)

يُعيد هذا التغيير الموسمي نفسه عامًا بعد عام، كما لو أن تطور البكتيريا فيلم يُعرض باستمرار دون أي تغيير. 🔁

قال روبن روهر، الباحث في جامعة تكساس: “لقد فوجئت بمدى انتشار هذا التغيير بين البكتيريا، لم أتوقع سوى بعض الأمثلة، لكنّ العثور على مئات الأمثلة كان مذهلاً!”.

قام روهر، الذي قاد هذه الدراسة، بالبحث كطالب دراسات عليا ثم باحث ما بعد الدكتوراه مع فريقه في جامعة ويسكونسن ومختبر جامعة تكساس.

تُعاني بحيرة مينودوتا من تغيرات جذرية عبر المواسم. ❄️🌊 في الشتاء، تُغطّيها طبقة من الجليد، بينما تُغطّيها الطحالب في الصيف. هذا التغير يعني أنّ سلالات البكتيريا المتكيفة مع ظروف معينة ستُحلّق السلالات الأخرى في تلك الفترة، بينما تظهر سلالات أخرى في مواسم مختلفة.

استخدم الفريق أرشيفًا فريداً يتضمن 471 عينة مائية تم جمعها على مدار 20 عامًا بواسطة الباحثين في جامعة ويسكونسن، كجزء من دراسة طويلة الأمد مدعومة من مؤسسة العلوم الوطنية.

لأجل كل عينة ماء، قام الفريق بتحليل الميتاجينوم، وهو مجموعة جميع تسلسلات الحمض النووي من شظايا الحمض النووي من البكتيريا وغيرها من الكائنات الحية. 🧬 هذا يمثل أطول سلسلة زمنية للميتاجينوم تمّ جمعها من نظام طبيعي!

قال بيكر، مؤلف مشارك: “تُعدّ هذه الدراسة ثورة في فهمنا لتطور المجتمعات الميكروبية عبر الزمن. هذا مجرد بداية لما ستخبرنا به هذه البيانات حول علم البيئة والتطور الميكروبي في الطبيعة!”

كشفت هذه الدراسة عن تغيرات وراثية طويلة الأمد. 😲

في عام 2012، شهدت البحيرة ظروفًا غير عادية، انخفضت فيها وفرة الطحالب، وهو مصدر مهمّ للنيتروجين العضوي للبكتيريا. اكتشف الباحثون تغيرات رئيسية في الجينات المتعلقة بتمثيل النيتروجين لدى العديد من البكتيريا. 🌱

قال روهر: “ظننت أنني سأجد حالة أو اثنتين فقط من التغييرات الطويلة الأمد، لكنّ كلّ خُمس البكتيريا أظهرت تغيرات كبيرة في التسلسل جرت على مدار سنوات! 🧐”

يتنبأ علماء المناخ بزيادة الأحداث الجوية المتطرفة في منتصف الولايات المتحدة الأمريكية خلال السنوات القادمة.

قال روهر: “يتسبب تغير المناخ في تحريك الفصول ودرجات الحرارة المتوسطة، بالإضافة إلى حدوث أحداث جوية أكثر فجائية وقسوة!”

“لا نعرف بالضبط كيف ستستجيب الميكروبات لتغير المناخ، لكن دراستنا تشير إلى أنها ستتطور استجابةً لكل من التغييرات التدريجية والفجائية!”

استخدم الباحثون موارد الحوسبة الفائقة في مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC) لإعادة بناء الجينومات البكتيرية، وهي مهمة كانت ستستغرق 34 عامًا على كمبيوتر محمول. 💻 تمّ دراسة أكثر من 30,000 جينوم من حوالي 2,800 نوع مختلف!

قال روهر: “تخيل جينوم كلّ نوع ككتاب، وكلّ قطعة من الحمض النووي كجملة. 📚 كلّ عينة تحتوي على مئات الكتب المقطعة. لجمع كل كتاب، تحتاج إلى معرفة أي كتاب جاءت منه كل جملة وترتيبها مرة أخرى!”

نُشرت الدراسة في مجلة Nature Microbiology.

شملت الدراسة باحثين من جامعة تكساس، وجامعة كارل فون أوسيتزكي بأولدنبورغ (ألمانيا)، وجامعة ستوكهولم، ومعهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

هذه واحدة من ورقتين بحثيتين مترابطتين في المجلة؛ وتتناول الورقة المرافقة البيئة والتطور الفيروسي من عينات البحيرات نفسها.

تمّتْ مُساندة هذا البحث جزئيًا من قِبَلِ:

• مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية
• المعاهد الوطنية للصحة الأمريكية
• مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية
• وزارة الزراعة الأمريكية
• مؤسسة سايمونز
• منحة زمالة ما بعد الدكتوراه في علم الأحياء الدقيقة بجامعة ويسكونسن

المصدر: جامعة تكساس في أوستن