الافتراس الصغير جداً في التربة: من هم وماذا يفعلون؟
الشكل 1: انطباع عن كيفية ظهور الديدان الخيطية (A) والبروتوزوا (B) تحت المجهر. مثل الأسود (C)، المعروفة كحيوانات مفترسة في نظم السافانا البيئية، تلعب مفترسات الميكروبيوم (D) أدوارًا أساسية في النظم البيئية تحت الأرض. تتغذى هذه البروتوزوا والديدان الخيطية على البكتيريا والفطريات، مما يغير من تركيب ونشاط هذه الكائنات الحية في التربة، مما يساعد على الحفاظ على صحة التربة [حقوق الصورة: A: الديدان الخيطية (Anaplectus porosus وAphelenchoides) من هاني فان ميجن؛ (B) البروتوزوا (Hyalosphenia papilio وHeliamoeba sp. وMayorella viridis) من www.penard.de بإذن من إكهارد فولكر وستيفن كلاوس؛ (C) صور الأسود والحمار الوحشي من https://purepng.com/ (تحت رخصة CCO). (D) رسومات كاريكاتورية للبكتيريا تحت رخصة CC0 من ويكيبيديا.
الشكل 2: استخراج الديدان الخيطية في المنزل. ضع حفنة من التربة في اثنين من فلتر القهوة فوق بعضهما، وأغلقهما باستخدام مشابك الملابس كما هو موضح، وضع الفلاتر في وعاء مملوء بالماء (يجب أن يغطي الماء التربة في الفلتر). في اليوم التالي، قم بإزالة فلاتر القهوة، واخلط المحلول وانقله إلى زجاجة رفيعة. انتظر لمدة ساعة، ثم صب بعناية معظم السائل، تاركًا القليل في قاع الزجاجة. يمكنك الآن ملاحظة الديدان الخيطية في المحلول المتبقي باستخدام عدسة مكبرة أو ميكروسكوب.
الشكل 3: بالإضافة إلى كونها مخفية جيدًا في التربة، فإن مفترسات الميكروبيوم صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. يقوم العلماء غالبًا بدراسة هذه الكائنات عن طريق استخراج الحمض النووي من التربة وتسلسل ذلك الحمض النووي لتحديد جميع أنواع الأوليات و/أو الديدان الخيطية الموجودة. [حقوق الصورة: https://www.bioanalysis-zone.com/ وحقوق نشر مجانية (CC0)].
Open PDF in new window.
Stefan Geisen 1,2*
1 Laboratory of Nematology, Wageningen University, Wageningen, Netherlands
2 Department of Terrestrial Ecology, Netherlands Institute of Ecology NIOO-KNAW, Wageningen, Netherlands
هناك ملايين الأنواع تعيش في التربة. تتكون معظم هذه التنوعات البيولوجية من البكتيريا والفطريات، وهما كائنات دقيقة تشكل ما يُعرف بالميكروبيوم التربة. يتم التحكم في حجم وتركيب الميكروبيوم التربة بشكل رئيسي من قبل مجموعتين من المفترسات: الأوليات والديدان الخيطية. الأوليات هي كائنات دقيقة أحادية الخلية، بينما الديدان الخيطية هي ديدان صغيرة وتعتبر أكثر الحيوانات عدداً على كوكب الأرض. معاً، تزن الأوليات والديدان الخيطية أكثر من جميع الحيوانات الأخرى على الأرض! تحافظ الأوليات والديدان الخيطية على توازن الميكروبيوم التربة، مما يساعد النباتات على النمو ويحافظ على وظائف التربة بشكل صحيح. بدون المفترسات من الأوليات والديدان الخيطية، ستتغير الوظائف والخدمات التي توفرها التربة بشكل كبير قد يؤثر حتى على مناخ الأرض. لذا، دعونا لا ننسى أهمية هذه الكائنات الصغيرة في التربة!
تنوع التربة
ربما تعرف بالفعل أن التربة ليست مجرد تراب داكن مكون من الرمل والطين والطفل؛ بل إن التربة تحتوي على تنوع بيولوجي عالٍ، مما يعني أن ملايين الكائنات من جميع الأنواع والأحجام تعيش فيها. ليست التربة فقط أكثر الأنظمة البيئية تنوعاً من أي نظام بيئي آخر على الأرض، بل إن وزن جميع الكائنات الحية في التربة (بما في ذلك النباتات التي تجعل جذورها حوالي نصف كائنات التربة) أكبر بكثير من وزن جميع الكائنات الحية الأخرى مجتمعة. تتراوح كائنات التربة من الفيروسات الدقيقة إلى الفطريات الضخمة التي يمكن أن تمتد على مئات الأمتار—وكل شيء بينهما! يُطلق على الحياة الميكروسكوبية في التربة اسم الميكروبيوم التربة، وهو يتكون أساساً من البكتيريا والفطريات. بدون الميكروبيوم المتنوع، لن تكون التربة قادرة على إعادة تدوير العناصر الغذائية وتعزيز نمو النباتات. يركز هذا المقال على مجموعتين من كائنات التربة التي لا يدرسها الكثير من العلماء: الأوليات والديدان الخيطية. بحلول الوقت الذي تنتهي فيه من القراءة، آمل أن تفهم لماذا يجب أن يركز المزيد من البحث على تلك الكائنات الصغيرة!
الأوليات والديدان الخيطية: مفترسات صغيرة
مفترسات الميكروبيوم هي كائنات تتغذى على الكائنات الدقيقة، مثل البكتيريا والفطريات. تُعتبر الأوليات والديدان الخيطية من بين أهم مفترسات الميكروبيوم. الديدان الخيطية صغيرة جداً—أقل من 100 مرة من عرض شعر الإنسان—لذلك لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. الدودة الخيطية الأكثر شهرة لدى العلماء هي دودة مستديرة تُسمى Caenorhabditis elegans، والتي تُستخدم بشكل متكرر في البحث. يعرف الكثير من العلماء والأطباء والمزارعين والبستانيين الديدان الخيطية كآفات، لأن بعض الأنواع يمكن أن تصيب البشر، بينما تسبب أنواع أخرى أمراضاً للنباتات. في التربة، تتغذى الديدان الخيطية على البكتيريا والفطريات أو ديدان خيطية أخرى، ويمكن أن تكون طفيليات للحيوانات والنباتات. بينما تبدو معظم الديدان الخيطية متشابهة، يوجد العديد من الأنواع المتنوعة التي تصل إلى مئات الآلاف. ثمانية من كل عشرة حيوانات على الأرض هي ديدان خيطية. بمعنى آخر، هناك 60 مليار دودة خيطية لكل إنسان واحد!
الآن حاول أن تتخيل أن هناك 1,000 مرة أكثر من الأوليات من الديدان الخيطية في التربة! الأوليات هي كائنات دقيقة لا يمكن تصنيفها كحيوانات أو نباتات. الأوليات هي حقيقية النوى، مما يعني أنها تحتوي على نواة، تماماً مثل خلايا الحيوانات والفطريات والنباتات. بينما قد يكون مصطلح "الأوليات" جديداً عليك، ربما سمعت عن بعض الأمثلة المعروفة للأوليات: جميع الطحالب الحقيقية النوى التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي في البحيرات والمحيطات هي أوليات. بعض الأمراض تُسببها الأوليات، مثل Plasmodium falciparum التي تسبب الملاريا. الأميبا وParamecium هما أوليات، وهناك الكثير من الأنواع الأخرى! من المحتمل أن معظم تنوع حقيقيات النوى على الأرض يتكون من الأوليات، مع وجود ملايين الأنواع. لكننا نعرف أقل من 1 من 100 من الأنواع الأوليات الموجودة. في التربة، تقوم الأوليات بأداء مجموعة واسعة من الوظائف. تتغذى معظم الأوليات على البكتيريا، لكن العديد منها يتغذى أيضاً على الفطريات أو حتى على الحيوانات الأكبر. بعض الأوليات يمكن أن تكون طفيليات للنباتات والحيوانات، وبعضها يعيش في علاقة مع الفطريات، مثل الليكنات. تمتلك الأوليات أشكالاً متنوعة جداً ويمكن أن تكون جميلة.
على غرار الأسود أو غيرها من المفترسات الكبيرة، تفتري مفترسات الميكروبيوم على العديد من الأشياء التي يمكنها الإمساك بها. من خلال القيام بذلك، تتحكم هذه المفترسات الصغيرة في نمو الميكروبات، وتغير أنواع الكائنات الموجودة في النظام البيئي للتربة، وتساعد التربة على أداء وظائفها المهمة. تتغذى مفترسات الميكروبيوم عادةً على الميكروبات الأقل نشاطاً، مما يجعل الميكروبيوم بأكمله أكثر نشاطاً—وهي استراتيجية تغذية مشابهة لتلك التي تتبعها الأسود التي تحفز لياقة الفريسة من خلال التغذي على الأفراد الأكبر سناً والأبطأ والأضعف. يؤدي افتراس الميكروبيوم أيضاً إلى إطلاق العناصر الغذائية في التربة، التي يمكن أن تُمتص بواسطة ميكروبات ونباتات أخرى، مما يساعد هذه الكائنات على النمو.
كيف يمكننا دراسة مفترسات الميكروبيوم؟
بما أن الديدان الخيطية والأوليات صغيرة ولا يمكن رؤيتها في التربة، يواجه العلماء مشكلة كبيرة تتمثل في عدم قدرتهم على دراستها مباشرة في موطنها الطبيعي. إحدى الطرق لدراسة هذه الكائنات هي عزلها من التربة. هذه المهمة أسهل قليلاً بالنسبة للديدان الخيطية، ويمكنك حتى تجربتها بنفسك في المنزل، باستخدام مرشحات القهوة أو ورق المناديل، والماء، ووعاء. دراسة الأوليات أكثر تعقيداً. بما أن معظم أوليات التربة ترتبط بشدة بجزيئات التربة، كانت أفضل طريقة لدراستها في الماضي هي وضع كميات صغيرة من التربة مع البكتيريا لاستخراج الأوليات التي تتغذى على البكتيريا. ومع ذلك، يمكن زراعة أنواع قليلة فقط من الأوليات بهذه الطريقة، ولذلك لا تزال العديد من أنواع الأوليات غير معروفة. اليوم، يستخدم معظم الباحثين أدوات جزيئية لتحديد كائنات التربة. مثل المحققين الجنائيين، يمكننا استخدام الحمض النووي المستخرج من التربة لتحديد هذه الكائنات الصغيرة. نظرًا لأن كل كائن حي له تسلسل حمض نووي فريد، يمكننا استخدام تقنية تسلسل الحمض النووي لتمييز الأنواع الفردية بناءً على حمضها النووي الفريد. هذا يمكن أن يخبرنا عن الكائنات الحية الموجودة في التربة، حتى لو لم نتمكن من رؤيتها بأعيننا أو زراعتها في المختبر.
نتمكن من رؤيتها بأعيننا أو زراعتها في المختبر. تظهر لنا هذه الطرق في استخراج، وزراعة، وتسلسل الكائنات أي الأنواع موجودة في عينة التربة، لكن لا تُظهر لنا ما تفعله هذه الأنواع. هناك طرق لفهم وظائف الأوليات والديدان الخيطية في التربة، بما في ذلك دمج المفترسات مع ميكروبات مختلفة لمراقبة كيفية تفاعلها. يمكن أن تكشف أساليب علمية أخرى عما تتغذى عليه الكائنات في التربة، من خلال تتبع مركبات معينة باستخدام طرق خاصة.
لماذا يجب أن نهتم بمفترسات الميكروبيوم؟
بدون مفترسات الميكروبيوم، ستواجه تربتنا مشكلة كبيرة… ومشكلة في التربة ستسبب مشاكل لنا! تقريباً جميع العناصر الغذائية التي تدخل التربة تُمتص بواسطة البكتيريا والفطريات. إذا لم يتم التحكم في البكتيريا في التربة، فسوف تأخذ الأنواع الأكثر عددًا جميع العناصر الغذائية وتحتفظ بها لفترات طويلة. يمكن أن تبقى الميكروبات حية في التربة لعدة أشهر بدون مفترسات، ويمكن أن تدخل حتى مرحلة بقاء طويلة الأمد، حيث يمكن أن تبقى حية لعقود. نتيجة لذلك، ستتوقف سلسلة الغذاء ولن تتمكن الكائنات الأكبر من البقاء. ستقوم النباتات أيضاً بامتصاص عدد أقل بكثير من العناصر الغذائية من التربة وقد تنمو ببطء، إن لم تنمو على الإطلاق. تضمن مفترسات الميكروبيوم أن هذه الحالة لا تحدث. من خلال افتراس الميكروبات وإطلاق بعض العناصر الغذائية التي تمتصها هذه الميكروبات، تضمن مفترسات الميكروبيوم أن النباتات يمكن أن تصل إلى العناصر الغذائية. يمكن أن تكون مفترسات الميكروبيوم أيضاً فريسة لكائنات أكبر. لذا، في النهاية، تساعد مفترسات الميكروبيوم على إنقاذ إمداداتنا الغذائية من خلال مساعدة التربة على أداء وظائفها الأساسية.
الخاتمة
البروتوزوا والديدان الخيطية هي من بين الكائنات الأكثر تنوعًا وعددًا على وجه الأرض. كلاهما يعد من المفترسات الدقيقة المهمة في الميكروبيوم، ويضمنان أن تعمل التربة بالطريقة التي ينبغي أن تعمل بها. ببساطة، بدون المفترسات الدقيقة، لن تكون الحياة في التربة أو عليها ممكنة! في الواقع، تعتبر المفترسات الدقيقة مهمة جدًا لنمو النباتات، كما تلعب أدوارًا حيوية في العمليات الميكروبية الأخرى التي تحدث في التربة الصحية. من خلال زيادة معرفتنا عن البروتوزوا والديدان الخيطية في الميكروبيوم، سنزيد أيضًا من فهمنا لكيفية عمل التربة. إذا استطعنا أن نتعلم كيفية تعديل الأنواع والأعداد من المفترسات الدقيقة في التربة، يمكننا المساعدة في الحفاظ على صحة الميكروبيوم في التربة وحماية وظائفها. الدور الحاسم للمفترسات الدقيقة في التربة يوضح بجلاء أننا يجب ألا نغفل أي مجموعة من الحياة على كوكب الأرض، لأن حتى أصغر الكائنات يمكن أن يكون لها أهمية وظيفية فريدة تساعد في الحفاظ على حياة العديد من الكائنات الأخرى، بما في ذلك البشر!
المصطلحات
الميكروبيوم التربوي
جميع الميكروبات التي تعيش في التربة.
التنوع البيولوجي
تنوع الأنواع في النظام البيئي.
الميكروبات
الكائنات الدقيقة، بما في ذلك البكتيريا والفطريات والبروتوزوا.
المفترسات الدقيقة
الكائنات التي تتغذى على البكتيريا والفطريات.
الديدان الخيطية
ديدان صغيرة تعيش في جميع البيئات وداخل العوائل. هي الأكثر وفرة من الحيوانات على وجه الأرض.
البروتوزوا
جميع حقيقيات النوى باستثناء الفطريات والحيوانات والنباتات، معظمها أحادية الخلية.
حقيقيات النوى
الكائنات الحية التي تحتوي خلاياها على نواة وأعضاء أخرى، بما في ذلك الفطريات والبروتوزوا والنباتات والحيوانات.
تسلسل الحمض النووي
طريقة لتحديد تسلسل النوكليوتيدات في الحمض النووي، يمكن استخدامها لتحديد الكائنات الحية.
الهوامش
- For an overview of nematode diversity, see https://www.wur.nl/en/Research-Results/Chair-groups/Plant-Sciences/Laboratory-of-Nematology/Nematode-in-the-picture/Nematode-Pictures.htm.
- For an overview of protist shapes, see http://www.penard.de/.
- Here is an online guide: https://www.ars.usda.gov/northeast-area/beltsville-md-barc/beltsville-agricultural-research-center/mycology-and-nematology-genetic-diversity-and-biology-laboratory/people/zafar-handoo/extracting-nematodes-from-soil-samples/!
المراجع
- Bar-On, Y. M., Phillips, R., and Milo, R. 2018. The biomass distribution on Earth. Proc. Natl. Acad. U.S.A. 115:6506–11. doi: 10.1073/pnas.1711842115
- Thakur, M. P., and Geisen, S. 2019. Trophic regulations of the soil microbiome. Trends Microbiol. 27:771–80. doi: 10.1016/j.tim.2019.04.008
- van den Hoogen, J., Geisen, S., Routh, D., Ferris, H., Traunspurger, W., Wardle, D.A., et al. 2019. Soil nematode abundance and functional group composition at a global scale. Nature 572:194–98. doi: 10.1038/s41586-019-1418-6
- Geisen, S., Mitchell, E. A. D., Adl, S., Bonkowski, M., Dunthorn, M., Ekelund, F., et al. 2018. Soil protists: a fertile frontier in soil biology research. FEMS Microbiol. Rev. 42:293–323. doi: 10.1093/femsre/fuy006
- Erktan, A., Pollierer, M., and Scheu, S. 2020. Soil ecologists as detectives discovering who eats whom or what in the soil. Front. Young Minds 8:544803. doi: 10.3389/frym.2020.544803
تم تحريره بواسطة: ريمي بيغنون
الموجهون في العلوم: جويل سكاموتو
الاستشهاد
Geisen S (2021) Super-Small Predators in Soils: Who Are They and What Do They Do?. Front. Young Minds. 9:597620. doi: 10.3389/frym.2021.597620
تنازع المصالح: يعلن المؤلف أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن أن تُفهم على أنها تعارض محتمل في المصالح.
حقوق الطبع والنشر
© 2021 Geisen: هذه مقالة مفتوحة الوصول موزعة بموجب شروط رخصة المشاع الإبداعي (CC BY). يُسمح بالاستخدام والتوزيع أو إعادة الإنتاج في منتديات أخرى، بشرط أن يتم ذكر المؤلفين الأصليين ومالكي حقوق الطبع والنشر، وأن يتم الاستشهاد بالنشر الأصلي في هذه المجلة، وفقًا للممارسات الأكاديمية المقبولة. لا يُسمح بأي استخدام أو توزيع أو إعادة إنتاج لا يتوافق مع هذه الشروط.
المراجعين الشباب
أيا
العمر: 10 سنوات
أيا ترغب في دراسة علم الأحياء البحرية، مع التخصص في أسماك القرش والأشعة. موادها المفضلة في المدرسة هي القراءة، الكتابة، الرياضيات، والموسيقى. في أوقات فراغها، تحب قراءة الكتب، وتجربة الألغاز الصعبة، والتدريب لسباقات المضمار والطرق، وعزف الكمان.
المؤلفون
ستيفان جيسن
ستيفان هو أستاذ مساعد في مختبر علم الديدان في جامعة فاغينينغن، هولندا. يحاول فهم جميع الكائنات الحية في التربة. بمعنى آخر، يرغب في استكشاف ما تعيشه التربة وما تفعله هذه الكائنات من أجل النظام البيئي ومن أجلنا من خلال توجيه نمو النباتات. يركز عمله بشكل كبير على البروتوزوا والديدان الخيطية، وهي كائنات صغيرة تُعتبر أهم المفترسات للميكروبات في التربة. وهو أب لثلاثة أولاد، وفي الوقت المتبقي يحب لقاء الأصدقاء وممارسة الرياضة. stefan.geisen@wur.nl
المترجم
رغد س محمد
رغد س محمد باحثة مهتمة بالتنوع الحيوي في العراق وتأثيرات التغير المناخي على هذا التنوع. في العراق، التغيرات المناخية مثل ارتفاع درجات الحرارة، نقص الموارد المائية، وزيادة التصحر تؤثر سلبًا على التنوع البيولوجي، مهددة بذلك العديد من الأنواع النباتية والحيوانية. الحفاظ على التنوع الحيوي في العراق يتطلب استراتيجيات مستدامة للتكيف مع التغيرات المناخية وضمان استدامة الموارد البيئية للأجيال القادمة.
التمويل (ترجمة)
تُعرب فريق "ترجمة تنوع التربة" عن شكرها لمركز الأبحاث الألماني لتنوع البيولوجيا المتكامل (iDiv) هاله-ينا-لايبزيغ، الذي تم تمويله من قبل المؤسسة الألمانية للبحث العلمي (DFG FZT 118، 202548816).
الاستشهاد
هذه مقالة مفتوحة الوصول موزعة بموجب رخصة المشاع الإبداعي (CC-BY 4.0). يُسمح باستخدامها أو توزيعها أو إعادة إنتاجها في منتديات أخرى، بشرط الإشارة إلى المؤلف(ين) الأصلي(ين) ومالك(ي) حقوق النشر، والاستشهاد بالنشر الأصلي في هذه المجلة وفقًا للممارسات الأكاديمية المعتمدة. لا يُسمح بأي استخدام أو توزيع أو إعادة إنتاج لا يمتثل لهذه الشروط.
تنسيق الاستشهاد الموصى به : Geisen S (2025) Super-Small Predators in Soils: Who Are They and What Do They Do?.الترجمة العربية: رغد س. محمد. (ترجمة التنوع الحيوي للتربة & Front. Young Minds. نُشر لأول مرة في عام 2021، Originally published in 2021. doi: 9:597620. 10.3389/frym.2021.597620
