Language
Country/Area
No result found
أبطال غامضون تحت الماء: كيف أصبحت البكتيريا المسببة لنزع النيتروجين عدوًا لغاز الميثان؟
في الطبيعة، هناك كائنات دقيقة غير معروفة تساهم بصمت بقوة كبيرة في بيئتنا. هذه الكائنات الدقيقة، التي تسمى البكتيريا النازعة للنتروجين، لا تشارك فقط في دورة النيتروجين ولكنها تلعب أيضًا دورًا رئيسيًا في الحد من انبعاثات غاز الميثان الدفيئة. يمكن لهذه المجموعة المتنوعة بيولوجيًا من البكتيريا البقاء والتكاثر في بيئات بيئية مختلفة غالبًا ما يتم تجاهلها ولكنها تلعب دورًا مهمًا في النظام البيئي.
تشمل البكتيريا النازعة للنتروجين العديد من الشعب المختلفة، مع أكثر من خمسين نوعًا معروفًا، ويقدر أنها تمثل 10% إلى 15% من إجمالي عدد البكتيريا في الماء والتربة والرواسب.
تستخدم هذه البكتيريا مركبات أكسيد النيتروجين مثل النترات والنتريت كمستقبلات طرفية للإلكترون لإكمال عملية نزع النتروجين في بيئة خالية من الأكسجين. يعتمد المسار الأيضي لبكتيريا نزع النتروجين بشكل أساسي على العمل التآزري للإنزيمات المتعددة، بما في ذلك إنزيم اختزال النترات، وإنزيم اختزال النتريت، وإنزيم اختزال أكسيد النيتروجين، وإنزيم اختزال غاز الضحك، لتحويل أكاسيد النيتروجين إلى نيتروجين أو غاز ضاحك. تعتبر هذه العملية ضرورية للحفاظ على التوازن البيئي لأنها تطلق النيتروجين الزائد مرة أخرى إلى الغلاف الجوي كغاز، وبالتالي تقلل مستويات النيتروجين في التربة والمياه.
تنوع البكتيريا النازعة للنتروجين
تتنوع الخصائص البيولوجية لبكتيريا نزع النتروجين، وتقوم العديد من الأنواع البكتيرية المختلفة بعملية إزالة النتروجين. وتسمح لهم قدرتهم على التكيف بالبقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية، مثل الموائل التي تحتوي على نسبة عالية من الملح ودرجات الحرارة المرتفعة. وهذا يسمح للبكتيريا النازعة للنتروجين بالبقاء على قيد الحياة بنجاح في النظم البيئية المختلفة وتبديل مساراتها الأيضية بمرونة في البيئات الهوائية ونقص الأكسجين.
"إن قدرة البكتيريا على إزالة النتروجين على التكيف تجعلها لاعبًا أساسيًا في النظم البيئية البيئية."
آلية نزع النتروجين
تولد البكتيريا النازعة للنتروجين ATP من خلال عملية نزع النتروجين وتحول أكاسيد النيتروجين إلى غاز النيتروجين. يمكن التعبير عن نصف التفاعل الذي تمثله هذه العملية الديناميكية الحرارية على النحو التالي: 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O، والذي يعبر عن كيفية تحويل جزيئين من النترات إلى جزيء واحد من النترات. النيتروجين وستة جزيئات الماء. وتتطلب كل مرحلة من هذه العملية إنزيمات معينة للمساعدة في التفاعلات الكيميائية. ويمكن تقسيم عملية التحويل من النترات إلى النيتروجين إلى عدة خطوات.
العلاقة بين أكسدة الميثان ونزع النتروجين
اقتران أكسدة الميثان اللاهوائي ونزع النتروجين
تم اكتشاف أكسدة الميثان مع نزع النتروجين في البيئات اللاهوائية لأول مرة في عام 2008. ويتم دعم هذه العملية بواسطة بكتيريا متخصصة قادرة على أكسدة الميثان بشكل مستقل في بيئة تعاني من نقص الأكسجين. تستخدم هذه الآلية الإلكترونات الزائدة المنطلقة أثناء أكسدة الميثان لتقليل النترات، وبالتالي تقليل النيتروجين الثابت والميثان في الجسم المائي بشكل فعال.
"قد تساهم عملية نزع النتروجين اللاهوائية بشكل كبير في دورات الميثان والنيتروجين العالمية الحالية. إن الإزالة الفعالة لغاز الميثان الدفيئة أمر بالغ الأهمية للبيئة."
تعمل البكتيريا النازعة للنتروجين بمثابة خزان لترسيب الميثان
في بيئات المياه العميقة، أثبتت البكتيريا النازعة للنتروجين أهميتها في أكسدة الميثان. والميثان هو أحد الغازات الدفيئة الرئيسية، وله قدرة على الاحتباس الحراري تزيد 25 مرة عن ثاني أكسيد الكربون. أظهرت الدراسات التي أجريت في بحيرة كونستانس في أوروبا أن اقتران أكسدة الميثان اللاهوائي ونزع النتروجين هو آلية مهيمنة لهطول الميثان.
تأثير إزالة النتروجين من البكتيريا على البيئة
تأثيرات نزع النتروجين على إنتاجية النبات
على الرغم من أن عملية نزع النتروجين تساعد في تقليل تلوث النيتروجين في المسطحات المائية، إلا أنها قد تقلل من خصوبة التربة. وذلك لأن إزالة النتروجين يمكن أن تؤدي إلى تفاقم الظروف في التربة التي تحد من نمو النبات بسبب نقص النيتروجين، وهو عامل قد يلزم استعادته في المستقبل عن طريق إدخال عناصر غذائية إضافية.
تطبيق البكتيريا النازعة للنتروجين في معالجة مياه الصرف الصحي
تعتبر بكتيريا نزع النتروجين أكثر أهمية لمعالجة مياه الصرف الصحي. يمكن لهذه البكتيريا تحويل مركبات النيتروجين الضارة وتنقية المياه عند معالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي على كميات كبيرة من النيتروجين. ومن خلال التعاون مع الكائنات الحية الدقيقة الأخرى التي تدور حول النيتروجين، يمكن للبكتيريا النازعة للنتروجين أن تحقق إزالة النيتروجين بكفاءة.
نظرًا لأن بلدي يولي أهمية متزايدة لحماية البيئة، فإن دور البكتيريا النازعة للنتروجين في إدارة البيئة البيئية والاستجابة لتغير المناخ سيصبح أكثر أهمية. ما يستحق التفكير فيه هو، في التطور المستقبلي للعلوم والتكنولوجيا، كيف يمكننا الاستفادة بشكل أكبر من هؤلاء الأبطال تحت الماء للتعامل مع التحدي المتمثل في تغير المناخ العالمي؟
