Coral-released creatinine is a chemical cue for spawning in reef-building corals

تعد قاع المحيط موطناً لبعض أكثر الأحداث تناغماً في الطبيعة. ففي كل عام، وفي ليالٍ محددة تلي اكتمال القمر، تنفجر مساحات شاسعة من الشعاب المرجانية عبر العالم في عملية إطلاق واحدة وهائلة للبيوض والحيوانات المنوية. هذه الظاهرة، المعروفة باسم التبويض الجماعي، هي لحظة حاسمة لبقاء هذه الأنظمة البيئية. ولأن المرجان البالغ ثابت في مكانه ولا يمكنه السباحة للعثور على شريك للتزاوج، يجب عليه الاعتماد على التوقيت المثالي. فإذا أطلقت المستعمرات خلاياها التناسلية بفارق ساعات قليلة فقط، فإن فرص الإخصاب تنخفض بشكل حاد، وقد لا يتكون الجيل القادم من المرجان أبداً. وبينما فهم العلماء منذ فترة طويلة أن عوامل مثل درجة حرارة الماء والدورة القمرية تحدد الشهر العام لهذا الحدث، إلا أن الآلية الدقيقة التي تخبر المستعمرات المتجاورة بإطلاق خلاياها التناسلية في الدقيقة ذاتها ظلت لغزاً. وبدون معرفة هذا المحفز النهائي، يصعب فهم كيف تظل ساعة بيولوجية معقدة كهذه مضبوطة بدقة متناهية عبر شعاب مرجانية بأكملها.

لقد حدد فريق من الباحثين الآن إشارة كيميائية محددة يبدو أنها تحل هذا اللغز. فمن خلال دراسة نوع شائع من بناء الشعاب المرجانية يسمى Acropora spathulata، اكتشف العلماء أن هذه الكائنات تطلق مركباً يسمى "كرياتينين" (creatinine) قبل عملية التبويض مباشرة. والكرياتينين هو جزيء صغير ينتجه أنسجة المرجان بشكل طبيعي. ووجد الباحثون أن هذا المركب الكيميائي يعمل كإشارة، تخبر المرجان المجاور بأن الوقت قد حان لإطلاق بيوضه وحيواناته المنوية الخاصة. وفي التجارب المختبرية، عندما أضاف الفريق الكرياتينين إلى الماء المحيط بالمرجان الصحي والمستعد للتبويض، تسبب ذلك في إطلاق خلاياهم التناسلية قبل ثمانية أيام من الموعد الذي كان سيحدث فيه ذلك طبيعياً. ويشير هذا الاكتشاف إلى أن المرجان لا يتفاعل فقط مع القمر أو الشمس، بل يتواصل أيضاً مع بعضه البعض من خلال الكيمياء، مستخدماً إشارة مشتركة لضمان نجاحه التكاثري.

بدأت الرحلة نحو هذا الاكتشاف بتحليل كيميائي مفصل للمرجان نفسه. فقد جمع الباحثون عينات من مستعمرات المرجان التي كانت مستعدة للتبويض، والمعروفة باسم المستعمرات الحاملة (gravid colonies)، وقارنوها بالمستعمرات غير المستعدة. ونظروا في المواد الكيميائية داخل أنسجة المرجان، والمخاط الذي يغلف المرجان، والمركبات المتطايرة التي تطفو في الهواء فوق الماء. وكشف التحليل عن فرق هائل: ففي المستعمرات التي تستعد للتبويض، كانت مستويات الكرياتينين والمركب المرتبط به المسمى "كرياتين" (creatne) أعلى بنحو أربعمائة مرة مما هي عليه في المستعمرات غير المتباغضة. وبينما كان كلا المركبين موجودين في أنسجة المرجان، كان على الباحثين تحديد أي منهما يتم إطلاقه فعلياً في المحيط ليعمل كإشارة.

وللإجابة على ذلك، قام الفريق بقياس مستويات المياه المحيطة بالمرجان في الدقائق التي سبقت حدث التبويض الطبيعي. ووجدوا أن مستويات الكرياتينين في مياه البحر قفزت عشرة أضعاف في الأربعين دقيقة التي سبقت إطلاق المرجان لخلاياه التناسلية. وفي المقابل، وُجد الكرياتين في الماء في أوقات مختلفة ولم يظهر هذه الزيادة الحادة والمحددة قبل الحدث مباشرة. هذا النمط يشير إلى أن الكرياتينين هو المرشح المرجح ليكون الإشارة الكيميائية. ولاختبار هذه النظرية، أجرى الباحثون سلسلة من التجارب حيث أضافوا مواد كيميائية مختلفة إلى الماء حول المرجان. وجربوا مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك مركبات معروفة بتحفيز التكاثر في كائنات بحرية أخرى، لكن الكرياتينين وحده هو الذي نجح. فعند إضافته إلى الماء، نجح في تحفيز المرجان على التبويض.

أظهرت التجارب أن التأثير يعتمد على الجرعة وكان فعالاً للغاية. فعندما أضاف الباحثون الكرياتينين بتركيز واحد ميلي مول لكل لتر، تبوغ كل جزء من أجزاء المرجان في مجموعة الاختبار. وقد أطلق هذا المرجان خلاياه التناسلية في وقت أبكر بمتوسط ثلاثة أيام ونصف مقارنة بمجموعة الضبط، التي لم تتلقَ أي علاج كيميائي. وحتى عند استخدام تركيزات أقل بك كثيراً، مثل عشرة ميكرومول لكل لتر، ظل الكرياتينين يحفز التبويض في جزء كبير من المرجان. كما اختبر الباحثون ما إذا كانت هذه الإشارة تعمل على أنواع أخرى من المرجان؛ حيث عرضوا نوعاً مختلفاً، وهو Montipora aequituberculata، لنفس المعالجة الكيميائية. وتبوغ هذا النوع الثاني أيضاً في وقت أبكر من مجموعة الضبط، مما يشير إلى أن الكرياتينين قد يكون إشارة عالمية تستخدمها عائلات مختلفة من المرجان باني الشعاب لتنسيق توقيت تكاثرها.

يغير هذا الاكتشاف فهمنا لبيولوجيا الشعاب المرجانية. فلعقود من الزمن، عرف العلماء أن العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والضوء تهيئ المسرح للتبويض، ولكن الإشارة النهائية التي تنسق إطلاق الخلايا التناسلية بين الجيران كانت مجهولة. إن تحديد الكرياتينين يوفر تفسيراً ملموساً لكيفية تحقيق المرجان لهذا التنسيق الدقيق. وهو يشير إلى أنه بينما تستعد المستعمرة للتبويض، فإنها تطلق موجة كيميائية تنتشر عبر الماء، لتخبر المستعمرات المجاورة بضرورة اتباع الخطى ذاتها. يضمن هذا التواصل الكيميائي التقاء الغالبية العظمى من البيوض والحيوانات المنوية في نفس الوقت، مما يعظم فرص تكوين يرقات مرجانية جديدة.

تمتد آثار هذا الاكتشاف إلى ما هو أبعد من العلوم الأساسية. فالتغير المناخي يتسبب في ارتفاع درجات حرارة المحيطات وتكرار موجات الحر البحرية، مما قد يؤدي إلى تعطيل التوقيت الدقيق لتبويض المرجان. وعندما يتبوغ المرجان في أوقات مختلفة، تتضرر التنوع الجيني للجيل القادم، وتضعف قدرة الشعاب المرجانية على التعافي من الأضرار. وإذا كان الكرياتينين هو بالفعل المفتاح الذي يفتح اللحظة النهائية من التنسيق، فقد يصبح أداة للحفاظ على البيئة. فمن خلال فهم هذا المحفز الكيميائي، قد يتمكن العلماء في النهاية من مساعدة الشعاب المرجانية التي تعاني من صعوبة في تنسيق تبويضها بسبب الظروف البيئية المتغيرة. وبينما لا تزال الأبحاث في مراحلها الأولى، فإن اكتشاف هذا الجزيء الصغير والبسيط يقدم طريقة جديدة للنظر في المحادثات المعقدة والخفية التي تدعم واحداً من أكثر الأنظمة البيئية حيوية على كوكب الأرض.