الأحياء الدقيقة البحرية

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

الأحياء الدقيقة البحرية

احياء دقيقه بحريه

Marine microbiology - Microbiologie marine

الأحياء الدقيقة البحرية	الأحياء الدقيقة
دور الأحياء البحرية في تدوير العناصر وتجديد المغذِّيات	بيئات الأحياء الدقيقة
فوائد الأحياء الدقيقة البحرية ومضارها	تنوع الأحياء الدقيقة وبنيتها

الأحياء الدقيقة:

يطلق اسم الأحياء الدقيقة على مجموعة واسعة غير متجانسة بنيوياً ووظيفياً من الأحياء، ويكاد لا يجمعها سوى صفتين رئيسيتين: صغر حجمها، فهي مجهرية لا تُرى بالعين المجردة، ونشاطها المدهش من حيث الاستقلاب وسرعة النمو والتكاثر. إن صغر حجم هذه الأحياء أدى إلى تأخر كبير في معرفة تنوعها وإدراك أهميتها مقارنة بالنباتات والحيوانات الأرضية. ولكن هذا الأمر تطور كثيراً في العقود القليلة الماضية، حتى إن الكثير من العلماء لا يترددون في القول إن هذه الأحياء تهيمن على كوكب الأرض، وتتحكم في مسارات الطاقة وتحولات المادة على اليابسة كما في البحار والمحيطات.

بيئات الأحياء الدقيقة:

توجد الأحياء الدقيقة في جميع المنظومات البيئية، وتتمثل بعدة فئات وظيفية:

أ- الفئة الأولى: هي المسؤولة عن الإنتاج الأولي primary production حيث يتم إنتاج المادة العضوية الأولية بدءاً من مواد لا عضوية بسيطة، ويتم ذلك بطريقتين:

* التركيب الضوئي الذي تقوم به الطحالب الدقيقة محولة الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية باستخدام الماء وثنائي أكسيد الكربون لإنتاج المواد العضوية وتوليد الأكسجين.

*التركيب الكيميائي الذي تقوم به البكتريا كيميائية التغذي مستخدمة ثنائي أكسيد الكربون والطاقة الناتجة من عمليات الأكسدة والإرجاع لمواد لاعضوية (أو عضوية) في إنتاج مادتها العضوية.

تشكل هذه المواد العضوية الأولية القاعدة الغذائية المباشرة أو غير المباشرة، ولاسيما للأحياء الحيوانية المائية. كما يعدّ الأكسجين المنطلق من عملية التركيب الضوئي عاملاً ضرورياً لتنفس الأحياء المائية، ورافداً مهماً لأكسجين الهواء.

ب- الفئة الثانية: تشمل الفطريات والبكتريا غيرية التغذّي heterotroph، وهي التي تضطلع بمهمة تفكيك الفضلات وأجسام الحيوانات والنباتات الميتة في جميع الأوساط الطبيعية. وهذا أمر جوهري، تتجلى أهميته في التخلص من الفضلات والأحياء الميتة التي لو تراكمت لما بقي هناك إمكان أو متسع للحياة على سطح الأرض، كما تضمن هذه العملية إعادة تدوير العناصر وتوفيرها بحالة معدنية قابلة للامتصاص من قبل النباتات الخضراء.

ج- الفئة الثالثة: تعدّ الأوالي الحيوانية التي تتغذى بالطحالب الدقيقة والبكتريا مصدراً غذائياً لأحياء حيوانية أكبر حجماً. ومن ناحية أخرى يمكن أن يكون للعديد من البكتريا والفطريات آثار سلبية في بقية الأحياء والإنسان من خلال حياتها الطفيلية، أو تسببها في العديد من الأمراض. ولكن في الوقت نفسه يُعد الكثير منها مصدراً مهماً للأدوية والصادات الحيوية المفيدة، ويستخدم بعضها الآخر في العديد من الصناعات الغذائية أو في زيادة خصوبة التربة من خلال تثبيت الآزوت الجوي.

تنوع الأحياء الدقيقة وبنيتها:

تقسم الأحياء الدقيقة تبعاً لبنيتها الخلوية إلى مجموعتين رئيستين: بدائيات النواة prokaryote وحقيقيات النواة eukaryote. تضم المجموعة الأولى البكتريا Bacteria والبكتريا الزرقاء Cyanobacteria المعروفة تقليدياً بالطحالب الزرقاء Cyanophyceae. أما المجموعة الثانية فتشمل مجموعات من الطحالب والفطريات والأوالي الحيوانية Protozoa. ولا يظهر هذا التنوع التصنيفي سوى صورة جزئية عن تنوعها الفيزيولوجي ولاسيما طرائق حصولها على الطاقة ومساهمتها في عمل النظم البيئية الطبيعية وتوازنها.

1- الطحالب الدقيقة: تضم جميع الطحالب المجهرية حقيقية النواة، سواء كانت وحيدات خلية أم بشكل مستعمرات مؤلفة من عدد قليل أو كبير نسبياً من الخلايا، وتكون ساكنة أو متحركة تبعاً لوجود السياط أو انعدامها. تنتسب أنواعها إلى العديد من الشعب والصفوف، وتأتي في مقدمتها المشطورات Diatoms والسوطيات الدوارة Dinophyceae وحاملات الصفائح الكلسية Coccolithophoridae، وهي المجموعات السائدة في البحار والتي تعد المكون الأساسي للعوالق النباتية Phytoplankton المسؤولة عن معظم الإنتاج الأولي فيها.

2 - الفطريات: تضم مجموعة واسعة من الأحياء حقيقية النواة التي توضع ضمن مملكة خاصة هي مملكة الفطريات، ولكن بعضها يصنف ضمن مملكة الأوليات، كالفطريات المخاطية Myxomycetes والفطريات البيضية Oomycetes، وهي جميعها غيرية التغذي تحصل على الطاقة من خلال قيامها بتفكيك المواد العضوية حتى المعقدة منها كالسلولوز cellulose والخشبين lignin والكوتين cutin، ولكن بعضها يكون متطفلاً أو متعايشاً مع أحياء أخرى.

3 - الأوالي الحيوانية: أحياء مجهرية يتغذى معظمها بالبكتريا والفطريات والطحالب، كما يمكن لبعضها أن يكون متطفلاً أو متعايشاً مع أحياء أخرى. أهم مجموعاتها: السوطيات Flagellata والشعاعيات Actinomycetales والمنخرباتForaminifera والهدبيات Ciliata والبذريات Sporozoa. وهي تؤدي دوراً مهماً في الشبكات الغذائية البحرية ولاسيما في تغذية عديمات الفقاريات الدنيا.

الأحياء الدقيقة البحرية:

تغطي البحار والمحيطات نحو 71 % من سطح الكرة الأرضية، وتمتد أعماقها لتصل إلى ما يربو على 10كم في المحيط الهادئ، أمّا متوسط هذه الأعماق فيقدر بنحو 4 كم تعيش فيها أحياء بحرية تنمو في قاعها وفي الأبعاد الثلاثة لهذه الكتل المائية الضخمة، تسمى المجموعة الأولى بالقاعية benthic، أما المجموعة الثانية فتدعى بيلاجية (أوقيانوسية) pelagic، وهي تضم الأحياء السابحة nekton كالأسماك والأحياء التي تعيش معلقة ضمن كتلة الماء فتسمى بالعوالق plankton.

إن أهم ما يميز المياه البحرية من الناحية الكيميائية هو محتواها الملحي، حيث يبلغ متوسط ملوحة البحار 3.5 %، وكذلك التيارات البحرية المختلفة (عميقة، سطحية، صاعدة) التي تعمل على خلط واسع للكتل المائية، ومن ثم منع حدوث تغيرات كبيرة طويلة الأمد في خصائصها الكيميائية والفيزيائية ولاسيما الملوحة والأكسجين المنحل والمغذيات ودرجة الحرارة. وعلى الرغم من ذلك يمكن تقسيم الوسط البحري أفقياً وشاقولياً إلى مجموعة من المناطق والطبقات، وذلك تبعاً للعوامل البيئية السائدة ومدى تحقيقها للظروف المناسبة لنمو الأحياء وتكاثرها. وهكذا يميز أفقياً منطقتان: الأولى قريبة من الشواطئ وتشمل الجرف القاري والمياه التي تعلوه، والثانية تمثل عرض البحر.

1 - الجرف القاري: يتمثل بمنطقة ذات مياه ضحلة، وبعمق نحو 200 م، حافته البعيدة تطل على انحدار سريع للقاع يؤدي إلى الأعماق السحيقة. وعلى الرغم من أنه يقدر بنحو 9 % من مساحة البحار فإنه يمثل الموائل الأكثر إنتاجية والأهم اقتصادياً؛ إذ تبلغ الكتلة الحيوية المنتجة في مياهه 40 ضعفاً لتلك الموجودة في مياه عرض البحر، وتدل معطيات الصيد البحري العالمي على أنه ينتج 80 % من الأسماك البحرية. تتوافر في هذه المنطقة الإضاءة والمغذيّات التي تحملها المياه القادمة من الأراضي المجاورة نتيجة غسل التربة بفعل مياه الأمطار. ويؤدي هذا إلى ازدهار الأحياء المنتجة (نباتات راقية، طحالب قاعية كبيرة، طحالب دقيقة قاعية أو بشكل عوالق)، وهذا يسمح بتدفق جيد للطاقة عبر السلاسل الغذائية وغزارة الأحياء الحيوانية المستهلكة وتنوعها من قاعيات وسوابح وعوالق. وتُوفِر في أثناء حياتها العديد من المركبات العضوية سريعة التحلل والتمثل (مفرزات متنوعة من السكاكر والحموض الأمينية والدسمة، مواد إطراح، فضلات). كما توفر بعد موتها مصادر غنية ومتنوعة من المواد العضوية الكفيلة بقيام تنوع ونشاط كبيرين للأحياء الدقيقة غيرية التغذي من بكتريا وفطريات، سواء في المياه أم على السطح أم ضمن رسوبيات القاع. وهذا يؤدي بدوره إلى تمعدن هذه المواد وتجديد المغذيات اللاعضوية، مما يدعم نمو الأحياء المنتجة واستمرار تدفق الطاقة والإنتاج.

2 - منطقة عرض البحر: تتضمن المنطقة العميقة من البحر التي تلي حافة الجرف القاري، ويمكن تبعاً للعمق التمييز بين طبقتين:

* طبقة سطحية تمتد حتى عمق 200 م، جيدة الإضاءة ولكنها فقيرة نسبياً بالمغذِّيات، حيث يكون استهلاكها من قبل الطحالب الدقيقة المتمثلة بالعوالق النباتية أكبر من سرعة تجددها بفعل نشاط البكتريا المفككة للمواد العضوية الموجودة فيها، ومن ثم فإن الإنتاج الأولي يكون ضعيفاً، مما ينسحب أيضاً على الإنتاج الثانوي من عوالق حيوانية وحيوانات سابحة.

* طبقة أو عدة طبقات عميقة، تمتد حتى أعماق 500 م، وتكون الظروف البيئية فيها مستقرة من حيث الملوحة ودرجات الحرارة وتوفر الأملاح المعدنية المغذِّية، ولكن عدم توافر الإضاءة يجعل الإنتاج الأولي ضعيفاً جداً ويسود الظلام الدامس في الأعماق التي تربو على 500 م، وينعدم التركيب الضوئي، ويصبح وجود الأحياء الحيوانية والأحياء الدقيقة غيرية التغذي متوقفاً على ما يتوفر لها من مواد عضوية تسقط من الطبقة السطحية. ويتناقص تنوع الأحياء وعددها مع الاقتراب من القاع حيث تكون درجة حرارة المياه قريبة من الصفر على مدار العام، ومع ذلك تنمو على القاع العديد من المجموعات البكتيرية التي تقوم بتفكيك المواد العضوية عن طريق الأكسدة أو التخمر، وتنشط البكتريا المرجِعة للكبريتات والمنتجة للميتان.

دور الأحياء البحرية في تدوير العناصر وتجديد المغذِّيات:

الشكل (1) تحولات المواد العضوية واللاعضوية ودور الأحياء المفككة الهوائية واللا هوائية في تحديد المغذيات وتدوير العناصر في النظام البيئي البحري

تعد عملية تجديد المغذِّيات أمراً جوهرياً في الحياة البحرية، فهي تضمن استمرار توفر العناصر المعدنية وأملاحها المغذِّية الضرورية لنمو الأحياء المنتجة الأولية التي تقوم بعملية التركيب الضوئي والتي تعدّ القاعدة الغذائية لبقية الأحياء البحرية، ويكون لهذه المغذِّيات اللاعضوية مصدران:

- مصدر خارجي يتمثل بما يرد منه إلى البحر بفضل ما تحمله مياه الأمطار والأنهار من الأراضي المجاورة، مضافاً إليه ما تقوم به البكتريا الزرقاء من تثبيت للآزوت الجوي.

- وآخر داخلي يتمثل بنواتج تفكيك المواد العضوية للأحياء النباتية والحيوانية البحرية. وتحمل المياه القادمة من اليابسة مجموعتين رئيستين من المواد الغذائية: عناصر وأملاح معدنية منحلة قابلة للامتصاص مباشرة، ومواد عضوية تنضم إلى المواد العضوية البحرية حيث تخضع معها للتفكك من قبل البكتريا والفطريات.

وفي جميع الأحوال يتناقص تأثير المصدر الخارجي تدريجياً عند الابتعاد عن الشواطئ لينعدم تقريباً في عرض البحر، كما يتم استهلاك معظم هذه المغذِّيات خلال النمو الربيعي المكثّف للعوالق النباتية، ويصبح استمرار الإنتاج الأولي مرهوناً بالمصدر الداخلي للمغذيات الذي يتضمن مواد تنتج من الأحياء البحرية في أثناء حياتها، وأخرى تنتج منها بعد مماتها.

تقوم الأحياء البحرية بإفراز العديد من المركبات الكيميائية وطرحها، فخلايا الطحالب والبكتريا تفرز في أثناء نموها العديد من المركبات الانتقالية أو النهائية لعمليات الاستقلاب، وهي تتضمن سكاكر وحموضاً أمينية وحموضاَ دسمة وڤيتامينات ومركبات طيارة، وهذه تكون قابلة للامتصاص مباشرة أو تخضع للتفكك السريع من قبل البكتريا غيرية التغذي.

أما فضلات الأحياء الحيوانية والأحياء الميتة المختلفة فتتطلب زمناً أكبر للتحلل والتفكك، ويبدأ ذلك ضمن عمود الماء، وقد لا ينتهي إلا على رسوبيات القاع. ويتوقف هذا الأمر على درجة حرارة المياه وغناها بالأكسجين، كما يتوقف على نوعيتها وسرعة سقوطها والمسافة التي قطعتها للوصول إلى القاع (الشكل 1).

تبدأ النسج الميتة مباشرة بالتحلل الذاتي بفعل إنزيماتها الخاصة، ثم تقوم البكتريا والفطريات الموجودة على سطح هذا النسيج وضمن كتلة الماء وعلى سطح رسوبيات القاع بإفراز إنزيماتها الخارجية بغية تفكيك الجزيئات العضوية المعقدة إلى جزيئات بسيطة قابلة للامتصاص. ولكن الأكسدة التامة لا تتم عادة من قبل نوع واحد وإنما تتم على مراحل متدرجة، حيث تقوم أنواع مختلفة بمتابعة التفكك وصولاً إلى مكوناتها العضوية البسيطة (سكاكر- حموض أمينية - حموض دسمة) ومن ثم إلى مكوناتها اللاعضوية. فالمواد العضوية الفسفورية تتحول بسرعة إلى مواد عضوية منحلة كالغلوكوز المفسفر والغليسروفسفات وأدينوزين فسفات، ومن ثم إلى فسفات، ويتم ذلك بسرعة تصل إلى 8 مرات في العام. أما البروتينات فيتطلب تفككها وقتاً مضاعفاً، حيث تقوم البكتريا المحللة للبروتينات بحلمهة البروتينات السطحية، ثم تقوم بعمليات نزع الأمين (في الظروف الهوائية) أو نزع الكربوكسيل (في الظروف اللاهوائية) من الببتيدات والحموض الأمينية، ويقود تحلل الحموض الأمينية إلى تشكل الأمونيوم، حيث تقوم بعد ذلك البكتريا الآزوتية بأكسدة الأمونيوم إلى نتريت ومن ثم إلى نترات، وهكذا يكون قد تم تجديد الفسفات والنترات وهما الأكثر أهمية في تغذية الأحياء التي تقوم بعملية التركيب الضوئي، وبالتالي في استمرار الإنتاج الأولي. وفي الظروف اللاهوائية التي تتحقق عادة في رسوبيات القاع يقود تفكك الكربوهدرات إلى تشكل الحموض العضوية والكحولات والهدروجين والميتان، كذلك يتم تشكل كبريت الهدروجين H₂S من المواد العضوية الكبريتية، ونزع الآزوت N₂، ولدى تحرر هذه الغازات من الرسوبيات تتم أكسدتها بوجود الأكسجين من قبل البكتريا كيميائية التغذي والبكتريا المؤكسدة للميتان.

فوائد الأحياء الدقيقة البحرية ومضارها:

تتجلى معظم فوائد الأحياء الدقيقة-على نحو غير مباشر - من خلال أدوارها الأساسية في المنظومات البيئية البحرية، فالطاقة التي تقتنصها وتخزنها الطحالب الدقيقة بدءاً من الشمس تعد المحرك الأساسي لهذه المنظومات، وذلك من خلال ما تقدمه من الطاقة اللازمة لتغذية مختلف الأحياء البحرية ونموها وتكاثرها، إضافة إلى توليد الأكسجين الضروري لتنفسها. كما تقوم البكتريا والفطريات بالتخلص من الفضلات وإنجاز عمليات تحلل الأحياء النباتية والحيوانية الميتة وتفككها، وهذا أمر جوهري للمحافظة على البيئة البحرية الصحية والنظيفة، ذلك أن كمية المواد العضوية غير الحية الموجودة عادة في البحار تفوق بكثير كمية المواد الحية مجتمعة. كما أن تفكك هذه المواد وتمعدنها ضروري لضمان الاستمرار في دورة الإنتاج من خلال توفير العناصر المعدنية الضرورية لنمو مجمل الأحياء الدقيقة ضوئية التغذي المسؤولة عن الإنتاج الأولي. هذا وتؤدي البكتريا الزرقاء دوراً داعماً لخصوبة المياه بفضل مقدرتها على تثبيت الآزوت الجوي. كما تتميز بعض أنواعها مثل سبيرولينا Spirulina باحتوائها على نسبة عالية من البروتينات تصل إلى 70 % من الوزن الجاف، إضافة إلى عدد من الڤيتامينات، ويجري حالياً تداول مسحوقها المجفف تجارياً لاستخدامه مضافاً غذائياً عالي القيمة.

ومن ناحية أخرى فإن بكتريا زرقاء أخرى كأنواع الـ Microcystis تفرز سموماً مختلفة، كما يسبب بعضها الآخر حدوث تحسس وحكة جلدية لدى السباحة في مياه تحتوي عدداً كبيراً منها. وتقوم بعض الطحالب الدوارة عندما تنمو نمواً مكثّفاً (فيما يعرف بظاهرة المد الأحمر red tide) بإفراز مواد سامة للأسماك، كما تؤدي إلى تسمم الإنسان والطيور لدى التغذي بهذه الأسماك أو التغذي بالمحار الموجود في المنطقة نفسها، على الرغم من عدم تأثره بهذه السموم، وتعرف هذه الحالة باسم التسمم الشللي المحاري، ومعظم الذين أصيبوا بالتسمم كانوا قد تناولوا محارات سليمة ظاهرياً.

وأخيراً تتعرض الأسماك والقشريات والرخويات للإصابة بالعديد من الفطريات والطفيليات كالديدان والدوارات والعلقيات أو البكتريا الممرضة، وبالتالي يمكن أن يؤدي تناول هذه الأحياء المصابة إلى إسهالات أو تسمم بالذيفانات التي تفرزها البكتريا الممرضة.

حامد ميهوب

مراجع للاستزادة:

- كمال الأشقر، الطحالب، كلية العلوم، جامعة دمشق، 2010.

- B. Charton, The Facts on File Dictionary of Marine Science, 2008.

- C. B. Munn, Marine Microbiology: Ecology And Applications, Bio. Sc. Pub. London, 2004.

- M. J. Kennish, Practical Handbook of Marine Science. Crc Press, USA, 2001. .