توصل باحثون من جامعة ليفربول في بريطانيا إلى طريقة جديدة لتعزيز قدرة النبات على امتصاص ثاني أكسيد الكربون بمساعدة بكتيريا مقاومة لتغير المناخ.
وأكدوا أنه يمكن استخدام البكتيريا في تحسين قدرة النبات بشكل ملحوظ على امتصاص ثاني أكسيد الكربون؛ من أجل عملية التمثيل الضوئي.
كذلك يعتقد الباحثون أن هذا النهج يمكن أن يسمح للبشر بزيادة إنتاج المحاصيل العالمي حتى في ظل تغير المناخ.
وكانت وزارة الزراعة الأمريكية أفادت بأن حوالي 90% من خسائر المحاصيل ناجمة عن أحداث مناخية قاسية، بجانب تغيّر المناخ. كما تقدّر وكالة الفضاء الأمريكية “ناسا” أنه بحلول عام 2030 سينخفض الإنتاج العالمي للمحاصيل الرئيسية مثل: القمح والذرة بنسبتي 24% و17% على التوالي.
في الوقت نفسه سيتجاوز عدد السكان حاجز 8.5 مليار نسمة. إذًا كيف سنطعم عددًا متزايدًا من الناس بتناقص إنتاج الغذاء؟ لذلك من المنتظر أن تساعد دراسة باحثي جامعة ليفربول في تقديم حل فريد لمشكلة تناقص إنتاج الغذاء.
بكتيريا تعزز عملية التمثيل الضوئي في النباتات
في الدراسة الجديدة ذكر الفريق العلمي أن عملية التمثيل الضوئي (العملية الطبيعية التي تسمح للنباتات بصنع طعامها باستخدام ضوء الشمس) في النباتات محدودة بواسطة إنزيم يسمى (Rubisco) ويُعرف أيضًا باسم Ribulose-1.5-bisphosphate carboxylase-Oxygenase، وهو البروتين الموجود بغزارة في البلاستيدات الخضراء للنبات.
المثير للاهتمام أن إنزيم Rubisco يمكنه فعل التالي:
- تحويل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي الذي تمتصه النباتات إلى كربون مفيد.
- يسهل إنتاج الطاقة من ثاني أكسيد الكربون.
لذلك يلعب هذا الإنزيم دورًا مهمًا في مرحلة تثبيت الكربون بالنبات خلال عملية التمثيل الضوئي وأيضًا الأكسجين.
لكن أظهرت الدراسات في الماضي أن نشاط إنزيم Rubisco يتأثر بالسلب ببعض الظروف المناخية، مثل:
- الجفاف.
- زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في البيئة.
- ارتفاع درجة الحرارة تؤثر سلبًا في نشاط إنزيم Rubisco
نتيجة لذلك تتوفر طاقة أقل للنباتات، ويقل إنتاج الغذاء.
حاليًا وجد باحثو جامعة ليفربول أن بعض البكتيريا لديها آليات تركيز ثاني أكسيد الكربون، والتي يمكن أن تحسن كفاءة إنزيم Rubisco، كما سيتم دعم هذه الآلية من خلال وجود أجزاء بروتينية خاصة تسمى “الكربوكسيسومات” في البكتيريا.
ولفترة طويلة كان العلماء يحاولون استخدام الكربوكسيسومات من البكتيريا لتزويد كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون حول إنزيم Rubisco في النباتات؛ حيث تُعرف هذه العملية باسم “تعزيز التمثيل الضوئي وإنتاج المحاصيل”.
اقرأ أيضًا:
اكتشاف مضاد حيوي جديد منقذ للحياة في بكتيريا البطاطس
كيفية تعزيز إنزيم Rubisco
الآن يدعي الباحثون أن الدراسة الحالية أنجزت هذا العمل الفذ.
وخلال الدراسة استخلص الفريق العملي بنجاح مجموعة “كربوكسيسومات” من بكتيريا Halothiobacillus neapolitanus ونقلوها إلى البلاستيدات الخضراء لنبات التبغ.
إذ عززت الكاربوكسيسومات المهندسة قدرة إنزيم Rubisco على التالي:
- إنتاج الطاقة من ثاني أكسيد الكربون.
- حسّنت قدرة النبات على البقاء في الظروف المعاكسة.
تعقيبًا على الأمر قال Lu-Ning Liu؛ أحد مؤلفي الدراسة وخبير علم الأحياء الدقيقة في جامعة ليفربول: “نحن متحمسون للغاية لهذا الاختراق”.
وأضاف: “بشكل عام توفر النتائج التي توصلنا إليها إثباتًا لمفهوم طريق لتحسين تنمية المحاصيل وإنتاجها لتصمد أمام المناخات المتغيرة، وتلبية الاحتياجات الغذائية المتزايدة للتعداد السكاني المتزايد في العالم”.
في النهاية يأمل الباحثون في أن تساعد هذه الدراسة الحديثة المزارعين بجميع أنحاء العالم في زيادة إنتاجهم من المحاصيل؛ بحيث يمكن ضمان الأمن الغذائي للجميع في المستقبل.
اقرأ أيضًا:
كيف تعيش البكتيريا وتتطور في أعماق المحيط بدون ضوء الشمس؟