Beyond the CaCl₂ Brine: Transient Microbial Communities at the Edge of Habitability in lifeless Don Juan Pond, McMurdo Dry Valleys, Antarctica

في البحث عن حياة خارج الأرض، يبحث العلماء غالبًا عن الماء السائل. فهو المذيب العالمي، والمكون الأساسي للبيولوجيا كما نعرفها. ومع ذلك، فإن العثور على الماء ليس سوى الخطوة الأولى؛ فلكي توجد الحياة، يجب أن يكون هذا الماء أيضًا "صالحًا للشرب" بالمعنى الكيميائي. فإذا كان الماء مالحًا جدًا، أو حمضيًا جدًا، أو يحتوي على مواد كيميائية تعطل الآلات الدقيقة للخلايا، فإنه يتحول إلى منطقة ميتة، بغض النظر عن كميته الموجودة. هذا المفهوم مركزي لفهم حدود القابلية للسكن. ومن خلال دراسة البيئات الأكثر تطرفًا على كوكبنا، يمكن للباحثين تعلم الظروف الضرورية حقًا لبقاء الحياة وتكاثرها. وتساعد هذه الدراسات في تحسين عملية البحث عن الحياة في عوالم أخرى، مثل المريخ، حيث ربما وجدت بحيرات مالحة قديمة ذات يوم.

في وديان ماكموردو الجافة في القارة القطبية الجنوبية، توجد بركة صغيرة خالية من الجليد تسمى بركة دون خوان. لعدة عقود، اشتهر هذا المكان لكونه واحدًا من أكثر البيئات المائية تطرفًا على وجه الأرض. البركة مليئة بمحلول ملحي غني بكلوريد الكالسيوم لدرجة أنه يظل سائلًا حتى في درجات حرارة أقل بكثير من التجمد. المياه مالحة للغاية وقاسية كيميائيًا، مما يخلق إجهادًا لا تستطيع معظم الكائنات الحية تحمله. وبسبب هذه الظروف القاسية، لطالًا ما اعتُبر الجزء المركزي من البركة صحراء خالية من الحياة، مكانًا لا يمكن للبيولوجيا أن تعمل فيه ببساطة. ومع ذلك، فإن المناظر الطبيعية المحيطة بهذا الحوض ليست ثابتة. فخلال الصيف القطبي القصير، يؤدي ذوبان الجليد من الأنهار الجليدية الصخرية المجاورة إلى إنشاء جداول وبرك ضحلة تتدفق إلى الحوض. وكان السؤال الذي طرحه الباحثون بسيطًا ولكنه عميق: هل توجد حياة في أي مكان في هذا النظام، وإذا كان الأمر كذلك، فأين وكيف تنجو؟

سافر فريق من العلماء من إيطاليا ومؤسسات أخرى إلى هذه المنطقة النائية لمعرفة ذلك. لم يبحثوا فقط عن الماء، بل بحثوا عن علامات الحياة المختبئة داخله. وخلال رحلتين منفصلتين، زاروا البركة في أوقات مختلفة من موسم الصيف. في السنة الأولى، كان الحوض جافًا إلى حد كبير ومغطى بقشور ملحية، وبالرغم من البحث المكثف، لم يجدوا أي دليل على وجود مجتمعات حية. ولكن في السنة الثانية، عندما كان الصيف أكثر دفئًا وذاب المزيد من الجليد، تغير المشهد بشكل جذري. تشكلت جداول وبرك جديدة، وكانت هذه المسطحات المائية المؤقتة تعج بالحياة. واكتشف الباحثون أنه بينما ظلت البركة المركزية شديدة الملوحة وخالية من الحياة، فإن مياه الذوبان العذبة المتدفقة إلى الحوض خلقت واحات عابرة حيث يمكن للأنظمة البيئية المعقدة أن تزدهر.

استخدم الفريق مزيجًا من الأدوات الحديثة لفهم ما كان يحدث. فقد قاموا بقياس كيمياء الماء لمعرفة مدى ملوحته وما يحتويه من معادن. كما استخدموا كاميرا خاصة يمكنها رؤية الضوء الذي لا تستطيع العين البشرية رصده، مما سمح لهم بتحديد وجود الأصباغ الخضراء التي تستخدمها النباتات والطحالب لالتقاط ضوء الشمس. وأخيرًا، جمعوا عينات من الماء والرواسب الطينية في القاع لاستخراج الحمض النووي (DNA)، وهو المخطط الجيني لكل كائن حي موجود. وقد سمح لهم ذلك بتحديد أنواع البكتيريا والفطريات والحيوانات المجهرية دون الحاجة إلى استزراعها في المختبر، وهو أمر مستحيل غالبًا في مثل هذه الظروف القاسية.

ما وجدوه كان عالمًا من التعقيد الخفي. فقد دعمت الجداول والبرك المؤقتة مجموعة متنوعة من أشكال الحياة، بما في ذلك البكتيريا والفطريات والطحالب وحيدة الخلية، وحتى الحيوانات متعددة الخلايا الصغيرة مثل الروتيفيرا (الدوارات) والتاردغرادا (بطيئات المشية). هذه هي نفس الأنواع من المخلوقات المجهرية الموجودة في التربة والمياه حول العالم، لكنها كانت هنا تنجو في بيئة قد تقتل معظم أشكال الحياة الأخرى. ووجد الباحثون أن المحلول الملحي الغني بكلوريد الكالسيوم كان بالفعل شديد القسوة بحيث لا يستطيع أي من هذه الكائنات العيش فيه. كانت الحياة محصورة بدقة في المناطق التي قامت فيها مياه الذوبان العذبة بتخفيف الملوحة القاسية، مما خلق ملاذًا مؤقتًا.

كشفت الدراسة أن أنواعًا مختلفة من الكائنات استجابت لبيئتها بطرق مختلفة. بدا أن البكتيريا تتشكل بشكل أساسي من خلال التركيبة الكيميائية للماء، وخاصة كمية الملح ونسبة المعادن المختلفة. فكلما تبخر الماء وأصبح أكثر ملوحة، تغيرت أنواع البكتيريا الموجودة. وفي المقابل، بدا أن الفطريات والحيوانات المجهرية مرتبطة بشكل وثيق بوجود الحياة الضوئية، مثل الطحالب. شكلت هذه الطحالب حصائر ملونة على الرواسب، مما جعل الماء يبدو أخضر أو برتقاليًا أو بنيًا. ومن المرجح أن الفطريات والحيوانات الصغيرة تتغذى على هذه الحصائر أو على المواد العضوية التي تنتجها. وهذا يشير إلى شبكة غذائية بسيطة حيث تعمل الطحالب كأساس يدعم بقية المجتمع.

كانت القدرة على استخدام الكاميرا الخاصة لرصد هذه المجتمعات الحية من مسافة بعيدة واحدة من أكثر الاكتشافات إثارة للاهية. إذ تمكنت الكاميرا من التمييز بين الحصائر الميكروبية النشطة والحية وبين الرواسب الميتة وغير النشطة بمجرد النظر إلى الطريقة التي ينعكس بها الضوء عنها. وهذه أداة قوية لأنها تسمح للعلماء بالعثور على علامات الحياة دون المساس بالبيئة الهشة. كما يشير هذا إلى إمكانية استخدام تقنيات مماثلة من قبل المهمات الروبوتية المستقبلية إلى كواكب أخرى للبحث عن الحياة في المناظر الطبيعية المالحة والجافة.

كما كشف البحث عن زوار مفاجئين. فمن بين الحمض النووي الموجود في العينات، كانت هناك آثار لكائنات "الفورامينيفرا" (المنخربات)، وهي نوع من الكائنات وحيدة الخلية ذات الأصداف توجد عادة في البيئات البحرية. إن العثور عليها في بركة برية معزولة في القارة القطبية الجنوبية كان أمرًا غير متوقع. ولم يستطع الباحثون التأكد مما إذا كانت هذه كائنات حية أم مجرد بقايا قديمة حملتها الرياح، لكن وجودها يلمح إلى طرق معقدة قد تنتقل بها الحياة عبر القارة. وهذا يشير إلى أنه حتى في أكثر الأماكن عزلة، تجد الحياة طريقًا للوصول والاستمرار، ربما في حالة خمول، منتظرة اللحظة المناسبة للاستيقاظ.

تخلص الدراسة إلى أن حوض بركة دون خوان ليس بيئة واحدة ثابتة، بل هو منظر طبيعي ديناميكي تتغير فيه القابلية للسكن مع المواسم. يظل المحلول الملحي المركزي منطقة ميتة، وحاجزًا كيميائيًا لا يمكن للحياة عبوره. ومع ذلك، فإن مياه الذوبان الموسمية تخلق نوافذ فرص عابرة. خلال هذه الفترات القصيرة، يتم تخفيف الظروف القاسية بما يكفي للسماح لمجتمع متنوع من البكتيريا والفطريات والطحالب والحيوانات الصغيرة بالتجمع والتفاعل والازدهار. ويتحدى هذا الاكتشاف فكرة أن الحياة تحتاج إلى بيئة مستقرة ودائمة للبقاء؛ بل يظهر أن الحياة يمكن أن تستمر في الأماكن القاسية من خلال استغلال لحظات الإغالة العابرة، وتشكيل مجتمعات بسرعة عندما تسمح الظروف بذلك، ثم الانتظار خلال الأوقات القاسية.

يوفر هذا العمل نموذجًا جديدًا لفهم كيف يمكن أن توجد الحياة في عوالم أخرى. فهو يشير إلى أنه عند البحث عن الحياة في كواكب مثل المريخ، لا ينبغي للعلماء البحث فقط عن وجود الماء السائل أو المحاليل الملحية. بل يجب عليهم أيضًا البحث عن الأماكن التي قد تتغير فيها تلك الظروف، حيث يمكن للمياه العذبة أن تختلط بالملح، أو حيث قد تصبح البيئة أقل قسوة لفترات قصيرة. هذه الموائل العابرة، رغم قصر عمرها، قد تكون الأماكن الأكثر واعدة للعثور على دليل على الحياة، حيث تعمل كملاذات إيكولوجية تُعلق فيها قواعد القابلية للسكن مؤقتًا. إن بركة دون خوان، التي كانت تُعتبر ذات يوم صحراء خالية من الحياة، تكشف الآن عن كونها مكانًا ترقص فيه الحياة على حافة الإمكانية، وتنجو في اللحظات القصيرة والجميلة عندما يذوب الجليد.