أحافير مغناطيسية مجهرية نادرة أنتجتها البكتيريا وتكشف تاريخ المناخ على الأرض

علماء يكتشفون طريقة لتحليل الأحافير المغناطيسية النادرة من دون الحاجة لسحقها

TEM images of magnetite-producing magnetotactic bacteria exhibiting different magnetosome crystal morphologies. (a) Cubo-octahedral magnetite in laboratory-grown Magnetospirillum magnetotacticum MS-1, (b) hexaoctahedral prismatic magnetite from bacteria living in the sediments of Lake Ammersee, Germany, (c-d) irregular elongate magnetite from bacteria living in the sediments of Lake Chiemsee, Germany. Scale bar is 250 nm in all images. Images courtesy A. Kobayashi (a) and H. Vali (b-d)
"الأحافير المغناطيسية" أحافير حديدية جرثومية مجهرية صنعتها "البكتيريا المغناطيسية" (ريسيرش جيت)

وجد باحثون من "جامعة يوتاه" (UNIVERSITY OF UTAH) الأميركية طريقة جديدة تحافظ على الأحافير المغناطيسية النادرة، من أجل التحليل العلمي من دون الحاجة إلى طحنها في مسحوق ناعم.

وتساعد المعلومات الموجودة في الأحافير المغناطيسية العلماء على فهم كيفية استجابة المحيطات لتغيرات المناخ السابقة، وكيف يمكن لمحيطنا الحالي أن يستجيب للاحترار المستمر.

الأحافير المغناطيسية

والأحافير المغناطيسية (magnetofossil) عبارة عن أحافير حديدية جرثومية مجهرية، يصنعها نوع معين من البكتيريا تسمى "البكتيريا المغناطيسية"، ولا توجد كائنات حية معروفة تشكل أحافير مغناطيسية عملاقة اليوم؛ لذا فهي تعد أحافير قيمة للغاية لا يجب سحقها في كل مرة يود العلماء استخدامها في بحث معين.

وتوجد هذه الأحافير في الرواسب البحرية القديمة، وتتكون من عدد قليل من الجسيمات النانوية المغناطيسية، وتتميز هذه الأحافير بقدرتها على إخبارنا بالكثير عن المناخ في الماضي، خاصة حالات الاحتباس الحراري المفاجئ.

ونشرت نتائج البحث الجديد والطريقة الجديدة لجمع المعلومات القيمة في تلك الأحافير -الذي قام به كل من كورتني واجنر طالبة الدكتوراه، وبيتر ليبرت الأستاذ المساعد في جامعة يوتا- في دورية "بروسيدنجس أوف ذا ناشونال أكاديمي أوف ساينسز" (PNAS) في فبراير/شباط 2021.

وتقول واغنر في البيان الصحفي الذي نشرته الجامعة "من الممتع جدا أن تكون جزءا من اكتشاف مثل هذا، وهو شيء يمكن أن يستخدمه باحثون آخرون يدرسون الأحافير المغناطيسية وفترات تغير الكواكب"، و"يمكن استخدام هذا العمل من قبل العديد من العلماء الآخرين، داخل وخارج مجتمعنا المتخصص. هذا مثير للغاية ومفيد".

صور المجهر الإلكتروني للإبر المغناطيسية العملاقة، ولها شكل أسطواني وبعضها يتدحرج نحو أحد طرفي البلورة (يوريك ألرت)

البكتيريا المغناطيسية

تقوم البكتيريا المغناطيسية بصنع جزيئات مغناطيسية بحجم واحد من الألف من عرض الشعرة، والتي عند تجميعها في سلسلة داخل الخلية تعمل مثل بوصلة مقياس النانو. ويمكن لهذه البكتيريا بعد ذلك استخدام هذه البوصلة لمحاذاة المجال المغناطيسي للأرض والسفر بكفاءة إلى الظروف الكيميائية المفضلة لديها داخل الماء.

وخلال الفترات القليلة الماضية من تاريخ الأرض، تحديدا في بداية ومنتصف العصر الإيوسيني (Eocene epoch) من 56 إلى 34 مليون سنة مضت، نمت بعض هذه المغناطيسيات المنتجة بيولوجيا إلى أحجام "عملاقة"، أكبر بنحو 20 مرة من الأحافير المغناطيسية النموذجية، كما أنها نمت في أشكال غريبة مثل الإبر ورؤوس الحربة وطلقات الرصاص العملاقة.

ونظرا لأن هذه البكتيريا استخدمت إحساسها المغناطيسي الفائق للعثور على مستويات أفضل من الغذاء والأكسجين في مياه المحيط، ولأن الأحافير المغناطيسية العملاقة مرتبطة بفترات من التغير المناخي السريع وارتفاع درجة الحرارة العالمية؛ لذا فهي تحمل الكثير من المعلومات عن ظروف المحيط خلال فترات الاحترار السريع، خاصة كيفية تغير هذه الظروف بمرور الوقت.

SEM images and drawings showing the morphological features of the spearhead-like magnetite particles. (A and B) SEM images of spearhead-like magnetite particles with pronounced growth steps in the stalk and lower part and well developed crystal faces near the spearhead tip. (C) SEM image of the spearhead-like particle reveals bilateral symmetry. Note abundant conventional magnetofossils surrounding the gigantic spearhead-like particles. (D) Models of idealized crystal habits of the spearhead-like particle shown in A constructed on the basis of the lattice fringe data obtained by HRTEM. These models show the top view (I), lateral view (II), back view (III), and front view (IV).الكائنات الحية التي أنتجت هذه الأحافير المغناطيسية العملاقة في الماضي غامضة تماما (بناس-جامعة يوتاه)

استخراج العينات

في السابق، كان استخراج هذه الحفريات وتحليلها يتطلب طحن العينات إلى مسحوق ناعم للتصوير المجهري الإلكتروني. وتقول واغنر "يمكن لعملية الاستخراج أن تستغرق وقتا طويلا، وقد لا تنجح، كما يمكن أن يكون الفحص المجهري الإلكتروني مكلفا، بالإضافة إلى أن تدمير العينات يعني أنها لم تعد مفيدة لمعظم التجارب الأخرى".

وإضافة إلى أن "جمع هذه العينات وتخزينها يتطلبان عاملين متخصصين ومعدات معينة، فإننا نريد الاحتفاظ بأكبر قدر ممكن من المواد لإجراء دراسات إضافية"؛ لذلك قام الباحثون في هذه الدراسة باكتشاف طريقة أخرى للقيام بذلك، باستخدام عينات الرواسب التي تم جمعها في نيوجيرسي، وقاموا بتصميم طريقة جديدة لإجراء تحليل يسمى "قياسات فورك" (FORC measurements).

باستخدام هذه القياسات المغناطيسية عالية الدقة، وجدوا أن البصمة المغناطيسية للأحافير المغناطيسية العملاقة كانت مميزة، بما يكفي لاستخدام هذه التقنية في عينات أخرى لتحديد وجود الحفريات.

ويقول إيجلي إن "قياسات فورك تحقق تفاعل الجسيمات المغناطيسية مع المجالات المغناطيسية المطبقة خارجيا، مما يتيح التمييز بين أنواع مختلفة من جسيمات أكسيد الحديد من دون رؤيتها فعليا".

ويقول الباحثون "إن القدرة على العثور على تجمعات أحافير مغناطيسية عملاقة في السجل الجيولوجي تساعد في تحديد أصل هذه الأحافير المغناطيسية غير العادية"، بالإضافة إلى بيئة الكائنات الحية التي شكلت هذه الأحافير".

كما تقول واغنر إن هذا أمر مهم لأنه لا توجد كائنات حية معروفة تشكل أحافير مغناطيسية عملاقة اليوم، وما زلنا لا نعرف ما الكائنات الحية التي شكلتها في الماضي. فالكائنات الحية التي أنتجت هذه الأحافير المغناطيسية العملاقة غامضة تماما، لكن هذا يترك مجالات بحث مثيرة مفتوحة للمستقبل.

المصدر : الصحافة الأميركية

حول هذه القصة

المزيد من علوم
الأكثر قراءة