Accumulation and microscopic alterations in the leaves of cedar (Juniperus deppeana) induced by heavy metals in mining residues in Guerrero

غالبًا ما تكون الأرض تحت أقدامنا أرشيفًا معقدًا للصناعة البشرية، حيث تحمل آثار المعادن التي استخرجناها وعالجناها لقرون. وفي الأماكن التي خلفت فيها عمليات التعدين وراءها أكوامًا من الصخور النفايات، المعروفة باسم "المخلفات" (tailings)، تصبح التربة بيئة قاسية على الحياة. فغالبًا ما تكون هذه البقايا محملة بالمعادن الثقيلة مثل الرصاص والزنك والنحاس، وهي عناصر يمكن أن تسمم الكائنات الحية إذا دخلت أنظمتها بكميات كبيرة. ومع ذلك، فإن للطبيعة طريقة لإيجاد موطئ قدم لها حتى في هذه الأرض السامة. فقد طورت بعض النباتات استراتيجيات ليس فقط للنجاة في هذه التربة الملوثة، بل لتطوير طرق محددة لإدارة التلوث. وبينما تقوم بعض الأنواع بسحب المعادن بنشاط من الأرض وتخزينها في أجزائها الهوائية لإزالتها، تعمل أنواع أخرى كـ "مستبعدات" (excluders)، تمنع وصول السموم إلى أوراقها وأغصانها الحيوية. وتوفر هذه القدرة على التحمل والتكيف مسارًا محتملاً لشفاء المناظر الطبيعية المتضررة دون الحاجة إلى آلات ثقيلة أو معالجات كيميائية. والسؤال الذي يواجه العلماء ليس فقط أي النباتات يمكنها البقاء، بل كيف تدير بالضبط عملية البقاء هذه دون أن تقتلها العناصر التي تواجهها، وما إذا كان يمكن استخدامها لتثبيت واستعادة البيئات المتضررة.

في جبال تاكسكو المكسيكية الوعرة والغنية بالفضة، شرع فريق من الباحثين في استقصاء شجرة محددة تمكنت من التجذر في هذه الظروف الصعبة: وهي شجرة الأرز، أو Juniperus deppeana. هذا المنطاق، الذي ندبته مئات السنين من التعدين، مليء ببرك المخلفات التي تحتوي على تركيزات عالية من المعادن السامة. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان هذا الأرز الأصلي يكتفي بمجرد البقاء على قيد الحياة أم أنه يتفاعل بنشاط مع التلوث. قاموا بجمع عينات من الأشجار، والتربة، وأكوام النفايات من موقعي تعدين متميزين، هما "لا كونشا" (La Concha) و"إل فرايلي" (El Fraile)، بالإضافة إلى منطقة تحكم نظيفة قريبة. وكان هدفهم هو قياس كمية المعدن التي امتصتها الأشجار بدقة، وأين انتهى بها المطاف داخل النبات، وما هو الضرر المجهري، إن وجد، الذي ألحقته المعادن بأوراق الشجرة.

كشف الاستقصاء أن التربة وأكوام النفايات كانت ملوثة بشدة بالفعل. ففي منطقة "لا كونشا"، احتوت التربة على مستويات رصاص تصل إلى 20,000 ملليجرام لكل كيلوغرام، ومستويات زنك تصل إلى 47,500 ملليجرام لكل كيلوغرام. وتتجاوز هذه الأرقام بكثير ما يعتبر آمنًا لمعظم أشكال الحياة النباتية. ورغم ذلك، بدت أشجار الأرز التي تنمو هناك صحية. وعندما حلل العلماء الأشجار، وجدوا أن النباتات قد امتصت بالفعل كميات كبيرة من المعادن، لكنها فعلت ذلك باستراتيجية محددة؛ فقد عملت الأشجار كمرشحات (فلاتر) أكثر من كونها إسفنجات؛ حيث سحبت المعادن إلى جذورها لكنها أبقتها هناك إلى حد كبير، مانعة إياها من الانتقال إلى الأوراق والأغصان. وبالنسبة لمعادن الزنك والمنغنيز والحديد، لم تنقل الأشجار سوى جزء ضئيل مما امتصته من التربة إلى أجزائها العلوية. يشير هذا السلوك إلى أن الأشجار تستخدم آلية دفاعية لحجز السموم في جذورها، مما يحمي أنسجتها الهوائية الحيوية من التسمم.

ومع ذلك، تتغير القصة قليلًا اعتمادًا على المعدن المحدد والموقع. فبينما قيدت الأشجار بشكل عام حركة الرصاص والزنك والمنغنيز إلى أجزائها العلوية، إلا أنها أظهرت نمطًا مختلفًا مع عناصر أخرى. ففي أوراق الأشجار التي تنمو بالقرب من مخلفات "لا كونشا"، وصلت تركيزات الزنك والمنغنيز إلى مستويات تعتبر سامة لمعظم النباتات. وفي بعض الحالات، تجاوزت مستويات المنغنيز في الأوراق 300 ملليجرام لكل كيلوغرام، وهو حد معروف بتسببه في الضرر. ومع ذلك، ظلت الأشجار قائمة. ولفهم كيفية تدبيرها للأمر، نظر الباحثون إلى الأوراق تحت مجاهر قوية؛ فرأوا أن المعدن لم يكتفِ بالاستقرار في الخلايا فحسب، بل تسبب في تغييرات مرئية. ففي الأوراق من المواقع الأكثر تلوثًا، لاحظ الباحثون مناطق فقدت فيها الأنسجة الإسفنجية داخل الورقة محتواها الخلوي، كما تغيرت جدران الخلايا كيميائيًا. ووجدوا أيضًا أن الأشجار أنتجت مركبات فينولية، وهي مركبات كيميائية طبيعية ترتبط غالبًا باستجابة النبات للإجهاد، وتعمل بمثابة درع ضد الضرر التأكسدي الناتج عن المعادن.

قدم الفحص المجهري خريطة تفصيلية لمكان اختباء المعادن داخل الورقة. وباستخدام تقنية تسم تسمح بتصور العناصر، وجد الفريق أن المنغنيز والزنك والنحاس تميل إلى التجمع في النسيج الإسفنجي للورقة وبالقرب من الحزم الوعائية، وهي أنابيب النقل الداخلية للنبات. أما الرصاص، فقد تصرف بشكل مختلف؛ حيث وُجد في الثغور، وهي المسام الصغيرة على سطح الورقة التي تستخدمها النباتات للتنفس، وفي نسيج الباليسيد (النسيج العمادي)، وهو النسيج المليء بالخلا المسؤولة عن التمثيل الضوئي. يشير هذا الموقع المحدد إلى أن الرصاص قد يتداخل مع العمليات الأيضية للشجرة بطريقة فريدة مقارنة بالمعادن الأخرى. ورغم هذه التغييرات الداخلية ووجود جزيئات غريبة على سطح الورقة، ظل الهيكل العام للشجرة سليمًا؛ إذ لم تظهر على الأشجار علامات التقزم الشديد أو الموت التي تصاحب عادةً مثل هذه المستويات العالية من التلوث.

يخلص البحث إلى أن شجرة الأرز هي نوع رائد وصامد قادر على الاستقرار في البيئات التي تعرضت للاضطراب بفعل النشاط البشري. فهي لا تتجاهل التلوث فحسب، بل تتكيف معه. ومن خلال إبقاء معظم المعادن السامة في جذورها وتحمل المستويات العالية في أوراقها من خلال التعديلات الخلوية، تظهر الشجرة قدرة مذهلة على البقاء. وبينما قد لا تكون حلاً مثاليًا لتنظيف كل موقع فورًا عن طريق إزالة المعادن من التربة، فإن قدرتها على النمو حيث لا تستطيع النباتات الأخرى النمو تجعلها مرشحًا واعدًا لجهود إعادة التشجير في مناطق التعدين. يسلط البحث الضوء على أن هذه الأشجار يمكنها تحمل الإجهاد التأكسدي الناجم عن المعادن الثقيلة دون الانهيار، مما يوفر أداة حية وطبيعية لاستعادة المناظر الطبيعية التي شوهتها عمليات استخراج المعادن. وتشير النتائج إلى أنه مع النوع المناسب، يمكن للطبيعة أن تبدأ في مداواة الجروح التي خلفتها الصناعة، شجرة تلو الأخرى.