Multiscale architecture and composition of two South Australian Bryozoa: Celleporaria cristata and Densipora corrugata

في أعماق المحيط، تحت سطح المياه المعتدلة والباردة قبالة سواحل أستراليا، تبني حيوانات مستعمرة صغيرة تُعرف باسم "البريوزوا" (bryozoans) بيوتًا حجرية معقدة. هذه الكائنات، التي تُسمى غالبًا "حيوانات الطحالب"، ليست أفرادًا منفردين بل هي مجتمعات شاسعة من المستنسخات المجهرية التي تعمل معًا. لقرون مضت، عرف العلماء أن هذه المستعمرات تتكون من كربونات الكالسيوم، وهو نفس المعدن الموجود في الحجر الجيري والأصداف. ومع ذلك، فإن قصة كيفية بناء هذه الحيوانات لهياكلها، وما قد تحمله تلك الهياكل من أسرار حول البيئة التي تعيش فيها، ظلت مخفية إلى حد كبير. يكمن التحدي في المقياس: فالهياكل صغيرة جدًا لدرجة أنها تتطلب مجاهر قوية لرؤيتها، والإشارات الكيميائية التي تحتوي عليها باهتة جدًا بحيث يسهل تفويتها بالأدوات القياسية. إن فهم هؤلاء البنائين الصغار أمر بالغ الأهمية لأنهم مساهمون رئيسيون في رواسب الكربونات في العالم، ويمكن لهياكلهم أن تعمل كأرشيفات تاريخية لظروف المحيطات، بشرًا إذا تمكنا من تعلم قراءة اللغة الكيميائية المكتوبة داخل جدرانهم الحجرية.

لقد شرع فريق من الباحثين في فك رموز هذه اللغة من خلال دراسة نوعين محددين من البريوزوا الموجودة في مروج الأعشاب البحرية بجنوب أستراليا. وعلى الرغم من انتمائهما إلى عائلات تطورية مختلفة انفصلت عن بعضها البعض منذ مئات الملايين من السنين، فقد تطور هذان النوعان، وهما Celleporaria cristata و Densipora corrugata، ليبدوا متطابقين تقريبًا من الخارج. يشكل كلاهما مستعمرات مغزلية الشكل تنمو على سيقان الأعشاب البحرية، وتتميز بسلسلة من الحواف البارزة التي تمتد عبر أسطحها. أراد العلماء معرفة ما إذا كان هذا التشابه المذهل في الشكل يعني أنهما يبنيان بيوتهما بنفس الطريقة، أم أن اختلافاتهما القديمة لا تزال تملي التفاصيل المجهرية لبنائهما. وللتحقق من ذلك، استخدموا مجموعة من تقنيات التصوير المتقدمة لفحص المستعمرات بدءًا من حجم الحيوان الكامل وصولاً إلى الحبيبات الفردية للمعدن الذي يتكون منه جدرانهما.

بدأ التحقيق بالنظر في الشكل العام والتخطيط الداخلي للمستعمرات. وباستخدام المسح ثلاثي الأبعاد عالي الدقة، أكد الباحثون أنه بينما كانت الأشكال الخارجية توأمًا تقريبًا، فإن الغرف الداخلية حيث تعيش الحيوانات الفردية كانت مختلفة جوهريًا. ففي أحد الأنواع، كانت غرف المعيشة تشبه الصناديق، بينما في الآخر، كانت عبارة عن أنابيب طويلة. عكس هذا الاختلاف تاريخهما التطوري المتميز. ومع ذلك، عندما زاد الفريق من مستوى التكبير للنظر في الجدران نفسها، وجدوا أرضية مشتركة مذهلة. فقد بنى كلا النوعين جدرانهما باستخدام مزيج من الصفائح المعدنية الصغيرة والمسطحة، وعناقيد صغيرة حبيبية من كربونات الكالسيوم. وفي المستوى الأصغر، كان كلاهما مبنيًا من حبيبات نانوية، وهي جزيئات مستديرة صغيرة تتراوح أحجامها بين 65 و250 نانومتر. يشير هذا إلى أنه رغم مساراتهما التطورية المختلفة، يستخدم كلا الحيوانين نفس اللبنات الأساسية لتجميع بيوتهما الحجرية، ويرجح أنهما يشكلانها عن طريق لصق هذه الجزيئات الصغيرة معًا.

ثم التفت الباحثون إلى التركيب الكيميائي لهذه الجدران الحجرية، وتحديدًا البحث عن المغنيسيوم، وهو عنصر غالبًا ما يُحتجز داخل كربونات الكالسيوم أثناء تكوينها. ووجدوا أن كلا النوعين يدمجان المغنيسيوم في هياكلهما، لكنهما يفعلان ذلك بأنماط مختلفة تمامًا. ففي النوع ذي الغرف الأنبوبية، تركز المغنيسيوم في حزم متميزة اصطفت بدقة مع الحواف الخارجية للمستعمرة. وقد أدى هذا النمط بالعلماء إلى فرضية مقنعة: وهي أن هذه الحواف قد تكون علامات نمو سنوية، تشبه حلقات الأشجار. وإذا كان هذا صحيحًا، فإن مستويات المغنيسيوم المرتفعة قد تمثل فترات النمو السريع في الصيف. وإذا صحت هذه الفرضية، فقد تكون المستعمرات بعمر عدة سنوات، حيث يشير عدد الحواف إلى عمرها. في المقابل، أظهر النوع الآخر مغنيسيوم منتشرًا في حزم غير منتظمة عبر جدرانه، دون أي صلة واضحة بالشكل الخارجي، مما يجعل من المستحيل استخدام نفس الطريقة لتحديد عمره.

وبعيدًا عن المعادن، بحث الفريق أيضًا في المواد العضوية المحتجزة داخل الحجر. فجميع الكائنات الحية التي تبني أصدافًا صلبة تخلط بعض الجزيئات العضوية، مثل البروتينات والسكريات، لتوجيه تكوين المعدن. واكتشف الباحثون أن النوعين استخدما وصفات عضوية مختلفة تمامًا. فالنوع ذو الغرف الشبيهة بالصناديق كان يمتلك جدرانًا غنية بالبروتين، والذي بدا أنه جزء من جلد خارجي واقٍ، أو "كيوتيكل"، يتم دمجه في الجدار مع نمو الحيوان. أما النوع الآخر، الذي يفتقر إلى هذا الجلد الخارجي، فقد كانت جدرانه مليئة بطبقات عضوية غنية بالكربوهيدرات تقع بين الحبيبات المعدنية. يسلط هذا الاختلاف الضوء على كيف يمكن لحيوانين يبدوان متشابهين من الخارج أن يمتلكا استراتيجيات بيولوجية داخلية مختلفة تمامًا لبناء هياكلهما.

تخلص الدراسة إلى أنه بينما تقارب هذان النوعان من البريوزوا في الشكل للبقاء على قيد الحياة في نفس البيئة، فإن بناءهما الداخلي يظل شاهدًا على ماضيهما التطوري الفريد. تقدم النتائج طريقة جديدة للنظر إلى هذه المستعمرات الصغيرة، مما يشير إلى أن النوع الذي يمتلك حوافًا غنية بالمغنيسيوم يمكن أن يعمل كمسجل طبيعي لدرجات حرارة المحيطات الماضية. ومن خلال عد الحواف وتحليل كيميائها، قد يتمكن العلماء من إعادة بناء تاريخ ارتفاع درجات الحرارة في فصل الصيف في هذه النظم البيئية للأعشاب البحرية. إن هذا العمل لا يصف فقط كيفية بناء هذه الحيوانات، بل يفتح بابًا لاستخدام بيوتها الحجرية كأدوات لمراقبة كيفية تغير محيطاتنا، محولًا مستعمرة مجهرية إلى نافذة على مناخ الماضي.