در اعماق گل‌ولای مرطوب و تیره‌رنگ سواحل اورِگان، باکتری‌ای کشف شده است که دانشمندان را شگفت‌زده کرده است. این میکروارگانیسم تازه، با نام علمی «Ca. Electrothrix yaqonensis»، نه‌تنها توانایی انتقال الکترون را دارد، بلکه این کار را با کارآمدی و ساختاری متفاوت از دیگر گونه‌های شناخته‌شده انجام می‌دهد. نام آن به احترام قوم بومی یاقون (Yaqo’n) که در حوالی محل کشف این موجود زندگی می‌کنند، انتخاب شده.

برخلاف بسیاری از میکروارگانیسم‌ها که توانایی‌های زیستی آن‌ها در سطح میکروسکوپی باقی می‌ماند، این گونه‌ٔ خاص می‌تواند الکترون‌ها را در فواصل نسبتاً طولانی و به‌صورت زنجیره‌ای از سلول‌ها منتقل کند؛ پدیده‌ای که بیشتر ما آن را از سیم‌های فلزی یا رساناهای صنعتی انتظار داریم. این قابلیت، هم از نظر بیولوژیکی و هم از نظر مهندسی، پتانسیلی فوق‌العاده برای آینده دارد.

کابل‌های زنده؛ همکاری جمعی برای بقا در محیطی چالش‌برانگیز

این نوع از باکتری‌ها، که به‌طور کلی با عنوان کابل باکتری‌ها (Cable Bacteria) شناخته می‌شوند، توانسته‌اند راه‌حلی خلاقانه برای زنده ماندن در محیط‌هایی با سطح اکسیژن ناپایدار بیابند. آن‌ها در محیط‌های رسوبی زندگی می‌کنند؛ جایی که اکسیژن تنها در لایه‌های سطحی وجود دارد و اعماق آن سرشار از ترکیباتی همچون سولفید (Sulfide) است.

سازوکار این باکتری‌ها بر پایهٔ تقسیم کار در سطح سلولی است. سلول‌های عمیق‌تر با اکسید کردن سولفید، الکترون تولید می‌کنند و سپس این الکترون‌ها را از طریق زنجیره‌ای به‌هم‌پیوسته از سلول‌ها به سطحی که اکسیژن در آن موجود است منتقل می‌کنند. در آن‌جا، سلول‌های سطحی با استفاده از اکسیژن (Oxygen) یا نیترات (Nitrate) به‌عنوان گیرندهٔ نهایی، واکنش را به پایان می‌رسانند.

این انتقال الکترونی در فواصلی به طول چندین سانتی‌متر رخ می‌دهد؛ فاصله‌ای چشم‌گیر برای دنیای باکتری‌ها. به‌بیان دیگر، این موجودات زنده خود را به یک سیستم زندهٔ انتقال انرژی تبدیل کرده‌اند که در آن هر بخش نقش حیاتی خاصی را ایفا می‌کند.

ویژگی‌های ساختاری منحصر‌به‌فرد باکتری تازه‌کشف‌شده

اما آن‌چه «Ca. Electrothrix yaqonensis» را از دیگر اعضای خانواده‌اش متمایز می‌سازد، ساختار ویژه و ترکیبات مولکولی بی‌سابقه‌ای است که در آن یافت شده‌اند. این باکتری، که به‌عنوان یک شاخهٔ ابتدایی در شاخهٔ Ca. Electrothrix در نظر گرفته می‌شود، دارای ویژگی‌های متابولیکی منحصر‌به‌فردی‌ست که پیش‌تر در هیچ یک از کابل باکتری‌ها مشاهده نشده بود.

یکی از مشخصه‌های بارز این گونه، وجود شِیارهای سطحی (Surface Ridges) عمیق است که تا سه برابر برجسته‌تر از نمونه‌های قبلی گزارش شده‌اند. این شیارها ساختارهایی رسانا را در خود جای داده‌اند که از مولکول‌های نیکل‌پایه (Nickel-Based Molecules) تشکیل شده‌اند. این الیاف نیکل که در لایه‌های سطحی باکتری جای دارند، نقشی کلیدی در رسانایی بالای الکترونی ایفا می‌کنند.

همچنین مشاهده شده است که این باکتری هنگام تشکیل زنجیره‌های چندسلولی، یک پوستهٔ بیرونی (Extracellular Sheath) ترشح می‌کند که ساختار الکتریکی را تقویت کرده و نوعی ثبات مکانیکی به این ساختار می‌دهد.

بررسی‌های علمی جامع با ابزارهای پیشرفته

تیم پژوهشی بین‌المللی به سرپرستی دکتر انور هیرالال (Anwar Hiralal) از دانشگاه آنتورپ در بلژیک، برای تحلیل این موجود از مجموعه‌ای از تکنیک‌های پیشرفته مانند تحلیل ژنومی (Genomic Analysis)، مطالعهٔ ساختاری میکروسکوپی (Morphological Characterization)، طیف‌سنجی (Spectroscopy) و اندازه‌گیری‌های الکتریکی (Electrical Characterization) استفاده کرده‌اند.

نتایج این پژوهش نه‌تنها نشان داد که این گونه از نظر ژنتیکی به دو جنس اصلی خانواده کابل باکتری‌ها شباهت دارد، بلکه تفاوت‌های ساختاری آن نیز به‌وضوح مشخص شد. این یافته‌ها در کنار هم نشان می‌دهند که «Ca. Electrothrix yaqonensis» می‌تواند حلقهٔ میانی گمشده‌ای باشد که درک ما از مسیر تکاملی این گروه را کامل‌تر می‌کند.

گشایش افق‌های تازه در فناوری‌های زیستی و زیست‌محیطی

قابلیت‌های این باکتری تنها در شگفت‌زدگی زیست‌شناسان خلاصه نمی‌شود؛ بلکه دانشمندان معتقدند این موجود می‌تواند به‌عنوان الگویی برای طراحی نسل آیندهٔ زیست‌الکترونیک‌ها (Bioelectronics) مورد استفاده قرار گیرد. الگوگیری از پروتئین‌های رسانای نیکل‌پایه‌ای که در ساختار این باکتری دیده می‌شود، می‌تواند راه را برای تولید ابزارهای زیستی جدیدی باز کند که هم ارزان‌تر و هم سازگارتر با محیط‌زیست هستند.

از سوی دیگر، توانایی این باکتری در انتقال الکترون و انجام واکنش‌های کاهش‌ـ‌اکسایش (Redox Reactions) می‌تواند برای پاکسازی محیط‌های آلوده (Environmental Remediation) کاربرد داشته باشد. به‌ویژه در رسوبات و خاک‌هایی که آلاینده‌های سمی دارند، استفاده از این باکتری‌ها می‌تواند راهی طبیعی، مؤثر و کم‌هزینه برای ترمیم محیط زیست باشد.

نتیجه‌گیری: یک کشف، چندین مسیر نوآورانه

کشف باکتری «Ca. Electrothrix yaqonensis» نه‌تنها ما را با گونه‌ای تازه و متفاوت از زندگی میکروبی آشنا می‌کند، بلکه افق‌هایی تازه در زمینه‌های گوناگون از جمله زیست‌شناسی فرگشتی، فناوری‌های رسانا، و پروژه‌های زیست‌محیطی می‌گشاید. این گونهٔ تازه با ساختار شیمیایی منحصربه‌فرد، شیارهای رسانای نیکل‌پایه، و عملکرد بی‌نظیر در انتقال انرژی، گواهی‌ست بر تنوع پیچیده و هوشمندانه حیات در زمین.

پژوهشگران می‌گویند این تنها آغاز راه است؛ چرا که با بررسی‌های بیشتر روی این باکتری و دیگر اعضای خانواده کابل باکتری‌ها، ممکن است فناوری‌هایی الهام‌گرفته از طبیعت شکل بگیرند که جهان را تغییر دهند.

منبع: Applied and Environmental Microbiology