الخلية التي لم تكن موجودة

كيوكو هاغينو عالمة طحالب من مدينة كوتشي اليابانية. ومثل جون زهر، بدأت قصتها أيضاً في أواخر التسعينيات، مع كائن دقيق غيّر مسار حياتها المهنية. كانت جزءاً من فريق بحث في علم الأحياء القديمة، يدرس أحافير الطحالب الدقيقة في قاع المحيط، لجمع معلومات حول مناخ الأرض في الماضي.

من بين عدد لا يحصى من الأحافير المجهرية التي فحصتها، كانت هناك واحدة أسرت انتباهها تمامًا. كانت نوعًا من الطحالب يُسمى Braarudosphaera bigelowii . وتُطلق عليها هاغينو اسم Bigelowii بكل ود.

في مراحل معينة من حياة بيجيلوي، تُحيط نفسها بصدفة هندسية بديعة، وقد وجدت هاغينو هذه الهياكل الخماسية في جميع عيناتِها. وقالت: "عندما رأيت بيجيلوي لأول مرة، انبهرت بشكلها الجميل. إنها تتمتع بشكل رائع كجوهرة."

لكن لم يكن أحد يعرف شيئًا عن الطحالب التي تعيش في الداخل. هذا ما أرادت هاغينو دراسته. لكن لم يبدُ أن أحدًا آخر يشاركها هذا الشغف.

قالت: "عندما بدأت البحث لأول مرة، اعترض عليه مديري في ذلك الوقت. [قيل لي] حتى لو أجريتِ بحثًا لا يقرأه أحد، فلن تحصلي على وظيفة."

في ذلك الوقت، كانت هاغينو تواجه صعوبة في إيجاد وظيفة في الجامعة. وفي الوقت نفسه، كانت تعتني بأطفالها الصغار. وكانت تنتقل إلى مدينة جديدة حيث وجد زوجها عملاً. بدا كل شيء في حياتها وكأنه يرسل لها رسالة واضحة مفادها أن تتخلى عن دراستها وتبحث عن شيء آخر. لكن هاغينو لم تستطع فعل ذلك. لأي سبب كان، كان هناك شيء ما في هذه الطحالب يثير فضولها بشدة، وأرادت أن تتعلم كل شيء عنها، حتى لو كان ذلك يعني دراستها بنفسها.

لذا بدأت هاغينو وابنتها بالذهاب في رحلات إلى الشاطئ، وجمع عينات من مياه البحر على أمل العثور على هذه الطحالب المراوغة. وعلى مر السنين، قامتا بمئات الرحلات. كانتا تفعلان ذلك بكثرة لدرجة أن ابنتها لم تكن تعلم أن الناس يذهبون إلى الشاطئ لأسباب أخرى، مثل السباحة.

"المحيط - أليس هذا هو المكان المناسب لجمع مياه البحر؟" هكذا روت هاغينو ما قالته ابنتها.

كانت هاغينو تقضي ساعاتٍ طويلة في المنزل مع المجهر، تبحث عن خلايا بيجيلوي، وتنتقيها واحدةً تلو الأخرى عندما تجدها. كان هذا الأمر يستغرق وقتًا طويلًا للغاية، ولكنه كان تقريبًا الطريقة الوحيدة لدراستها. مهما فعلت، بدت الخلايا وكأنها لا ترغب في النمو في أنبوب الاختبار.

لسنوات، عملت هاغينو على تطوير مزرعة بكتيرية دون أي راتب جامعي. ولتغطية نفقاتها، اضطرت للعمل بدوام جزئي في غسل أنابيب الاختبار في مختبر. وفي أحد الأيام، كانت تتحدث مع أحد العلماء هناك، فاقترح عليها إضافة مكون غير مألوف إلى مزرعتها. لم يكن هذا المكون مادة كيميائية أو أي شيء آخر يُوجد عادةً في المختبر، بل كان "توكوروتن"، وهو نوع من نودلز الجيلي اليابانية التقليدية المصنوعة من الأعشاب البحرية.

ولدهشة هاغينو، كانت المعكرونة هي بالضبط ما يحتاجه بيجيلوي.

وقالت: "رأيت سمك البيغلوي يسبح ويتزايد عدده. لقد كنت سعيدة للغاية".

الآن وقد أصبح لديها مزرعة بكتيرية، بات بإمكانها أخيرًا زراعة ما يكفي من الخلايا للإجابة عن بعض الأسئلة المهمة حول هذا الكائن. وكان هناك سؤال واحد يشغل بال هاغينو. فخلال سنوات دراستها الطويلة لطحلب بيجيلوي، لاحظت شيئًا غريبًا. كان يحتوي على جميع المكونات الطبيعية لخلية الطحلب، ولكنه كان يحتوي أيضًا على شيء لم تستطع تفسيره، شيء لم تره قط في أي كتاب. كانت نقطة سوداء في مركز الطحلب.

كانت هاغينو تستعد لنشر بحثٍ حول هذه النقطة الغامضة، عندما عثرت بالصدفة على مقالٍ نُشر حديثًا في مجلة ساينس الأمريكية. وصف المقال البحث عن بكتيريا مُثبِّتة للنيتروجين تبدو غير مرئية، والتي افترض كاتبها أنها على الأرجح تعيش داخل نوعٍ من الطحالب. كان كاتب المقال هو جون زهر، وكان يتحدث عن بكتيريا برارودوسفايرا بيجيلوي .

فكرت هاغينو في الجسم الغريب الذي اكتشفته داخل بيجيلوي. كانت القطع متطابقة. أجرت اختبارًا جينيًا على بيجيلوي، وجاءت النتيجة إيجابية: لقد وجدت البكتيريا المثبتة للنيتروجين التي أمضى زهر سنوات عديدة في البحث عنها.

وقالت: "لم أتخيل أبداً أن أحداً ما يجري أبحاثاً حول بيجلوي. لقد صُدمت عندما علمت أنني قد تجاوزت في هذا المجال".

تفاجأ زهر أيضاً عندما تواصلت معه هاغينو لتشاركه اكتشافها – نفس اللغز، الذي عملت عليه من مسافة بعيدة. قال: "لم يكن أي منا يعلم أن الأمرين مرتبطان!".

أمضى كل من هاغينو وزهر حياتهما المهنية في محاولة حل لغز علمي، دون أن يدركا أن كلاً منهما يمتلك القطعة المفقودة للآخر. والآن، بعد أن أصبح لديهما ثقافة، أتيحت لهما الفرصة لكشف لغز سيتبين أنه أعمق مما كانا يتخيلان.

معًا، سيكشفون عن مستوى من التعاون من شأنه أن يعيد كتابة قاعدة أساسية في علم الأحياء.

الطبيعة مليئة بالعلاقات التكافلية: كائنان، يساعد كل منهما الآخر. سمكة المهرج من فيلم "البحث عن نيمو" مثال جيد على ذلك، فهي تعتني بشريكتها شقائق النعمان البحرية مقابل مكان آمن للعيش فيه. لكن هذه العلاقات المفيدة قد تتعمق أكثر فأكثر. فهناك كائنات حية تعيش داخل كائنات أخرى، مثل المرجان ، الذي يحصل على غذائه من طحالب زوزانثيلا التي تعيش فيه. بل إن هناك خلايا تعيش داخل خلايا أخرى. عند نقطة معينة، تصبح العلاقة وثيقة لدرجة أننا لا نستطيع التمييز بين الكائن الحي والآخر.

إن اندماج كائنين حيّين - من كونهما كيانين منفصلين إلى كونهما جزءًا من كائن واحد - أمرٌ مذهلٌ حقًا، وهو خطٌ لم يُتجاوز إلا مراتٍ قليلة في تاريخ الحياة على الأرض. ومن الأمثلة الشهيرة على ذلك الميتوكوندريا، وهي مركز الطاقة في الخلية الموجودة في كل شكل من أشكال الحياة المعقدة على الأرض، والبلاستيدات الخضراء، وهي أجزاء من الخلايا النباتية التي تستخدم عملية التمثيل الضوئي لتحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى غذاء. بدأ كلا المثالين كخلايا مستقلة، ثم تقاربا بمرور الوقت حتى أصبحا عضيات: أعضاء صغيرة داخل خلايا أخرى.

لكن ماذا عن بكتيريا بيجيلوي وبكتيرياها الداخلية؟ لا شك في أن العلاقة بينهما وثيقة. كان زهر وهاغينو متشوقين لمعرفة كيفية عملهما معًا، لذا تعاونا. أرسلت زهر عينة من البكتيريا إلى مختبر جون، على أمل زيارة كاليفورنيا مع تقدم التجربة.

عندما وصلت العينة إلى مكتب زهر، كان متحمسًا للغاية لدرجة أنه التقط صورة لتوثيق اللحظة. وتناقش فريقه حول التجارب التي سيجرونها أولًا.

قال: "جلسنا كفريق مختبر، وقررنا عشرة أشياء سنفعلها أولاً، لأننا لم نكن نعرف كم من الوقت ستبقى المزرعة حية. وفي غضون ثلاثة أيام، بدأ الإغلاق بسبب كوفيد".

أحدثت الجائحة اضطرابًا كبيرًا في جميع خططهم. فرضت اليابان قيودًا صارمة على السفر استمرت لسنوات. بعد كل هذا الجهد، لم تتمكن هاغينو من الانضمام إلى زهر شخصيًا. لكنهما كانا لا يزالان متعطشين للإجابات، وقررا أن يواصل مختبر زهر إجراء الاختبارات. هاغينو، التي حصلت على تمويل من منحة مشتركة مع زهر، ستساعد قدر استطاعتها عن بُعد.

وسرعان ما بدأوا يجدون دلائل تشير إلى أن العلاقة بين الطحالب والبكتيريا لم تكن حالة تكافل عادية. فقد كانت طحالب بيجيلوي والبكتيريا تنقسم دائمًا في الوقت نفسه، وتنمو بنفس المعدل، وبطرق تشبه إلى حد كبير الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء.

لكن الدليل الأكثر إقناعًا جاء من تايلر كويل، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر زهر. كان يدرس البروتينات داخل الكائنين، عندما لاحظ شيئًا غريبًا: كانت البكتيريا مليئة ببروتينات لا تمتلك جينات لتصنيعها. بدلًا من ذلك، كانت هذه البروتينات تُنتَج من جينات إضافية موجودة في بكتيريا بيجيلوي. وفي نهايات كل من هذه الجينات الإضافية، كان هناك نفس تسلسل الحمض النووي القصير الذي يتكرر باستمرار.

ذكّر هذا النمط كويل بلغز سابق: البكتيريا المثبتة للنيتروجين التي فقدت بطريقة ما العديد من الجينات اللازمة للبروتينات التي تحتاجها للبقاء. هل يمكن أن تكون بكتيريا بيجيلوي هي التي تزودها بهذه البروتينات؟ لمعرفة ذلك، أجرى تجربة، حيث قارن الجينات المفقودة من أحد الكائنين بالجينات الإضافية من الآخر. كانت النتيجة مذهلة. فمقابل كل جين تقريبًا فقدته البكتيريا، طوّرت بيجيلوي نسخة إضافية منه. وكان كل جين من هذه الجينات الإضافية يحمل نفس تسلسل الحمض النووي في نهايته - تعليمات توصيل جزيئية لإرسال البروتين إلى البكتيريا.

كان هذا الاكتشاف هائلاً، إذ لم يُرصد هذا النوع من الأنظمة إلا مرات معدودة في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء، والآن، في تلك النقطة الدقيقة التي عثر عليها زهر وهاغينو داخل بكتيريا بيجيلوي. لم تعد البكتيريا المثبتة للنيتروجين مجرد بكتيريا، بل أصبحت جزءًا من بيجيلوي، كائنًا دقيقًا مستقلًا تحوّل إلى عُضية.

قرر زهر وفريقه تسميته "نيتروبلاست".

وهذا يعني أيضاً أن طحلب بيجيلوي قد خالف القاعدة الأساسية التي تنص على أن الكائنات الحية البسيطة فقط، كالبكتيريا، هي القادرة على استخلاص النيتروجين من الهواء. فالطحالب هي أول الكائنات الحية المعروفة في الجانب المعقد من شجرة الحياة القادرة على استخلاص النيتروجين من الهواء.

على الرغم من أن الأمر لا يزال في مراحله الأولى، يقول كويل إن هذا الاكتشاف قد يكون له آثار كبيرة على قطاعات مثل الزراعة. وأضاف: "لقد أنجز هذا الكائن الحي ما عجزت عنه عقود من التكنولوجيا الحيوية، أليس كذلك؟ لقد هندس هذه القدرة في هذه الخلية. من الطبيعي أن نعتقد أن هناك دروسًا يمكننا استخلاصها من هذا الاكتشاف".

رغم تفاؤله الحذر، يعتقد زهر أن النباتات ذاتية التلقيح لا تزال بعيدة المنال. يقول: "يكمن التحدي في صعوبة الانتقال من معرفتنا بالنيتروبلاست إلى هندسة نبات. ولكن إن لم تخطو خطوة واحدة، فلن تقطع مئة خطوة".

يشعر زهر وهاغينو بالحماس لمعرفة إلى أين سيقودهم البحث لاحقًا. لكن بالنسبة لهما، لم يكن الأمر يتعلق بتغيير العالم. فقد أمضيا حياتهما المهنية في دراسة أجزاء صغيرة من اللغز، دون أن يعرفا ما سيكتشفانه، ولكن على أمل أن أي اكتشاف سيعلمهما المزيد عن كيفية عمل العالم الطبيعي.

وفي هذا الصدد، هناك الكثير مما يجب تعلمه.

وقال هاغينو: "لقد أظهرت هذه التجربة أننا لا نعرف أي الأبحاث ستكون مفيدة ومتى".

قال زهر: "قد تأتي بعض أكبر وأهم التطورات من أشياء لم تتوقعها. وقد تكون هذه حالة من هذا القبيل".