حياة من الجحيم: كائن يطبخ بروتيناته في حرارة لا تُطاق!

ماذا لو أن البيض لا ينضج أبداً؟

تخيّل معي هذا المشهد: تضع بيضة في مقلاة حارة جداً، لكن البياض لا يتغيّر لونه ولا يتماسك. بل العكس! تخيّل بيضة تحتاج حرارة هائلة جداً لتنضج — حرارة تحرق البيضة العادية قبل أن تنضج.

يبدو هذا مستحيلاً، أليس كذلك؟

لكن اتّفق معي: الطبيعة أذكى من ذلك بكثير. وهي تمارس هذا النوع من "السحر" منذ مليارات السنين.

كائن اسمه يثير القشعريرة

في أعماق المحيط، حيث تخرج البراكين من قاع البحر، يعيش كائن صغير اسمه Methanocaldococcus infernus.

دعني أترجم لك هذا الاسم اللاتيني: "Infernus" تعني "من الجحيم".

وهذا الكائن يعيش فعلاً في ظروف تشبه الجحيم. درجة الحرارة هناك تتجاوز درجة غليان الماء بكثير. بيئة ليست مناسبة حتى لغليان الشاي، فكيف لحياة أن تستمر فيها؟

السرّ كله في إنزيم اسمه نتروجينيز

السؤال الكبير هنا: كيف يعيش أي شيء في ماء يصلح لقلي الطعام؟

الجواب: إنزيم استثنائي اسمه نتروجينيز (Nitrogenase).

هذا الإنزيم له وظيفة حيوية للغاية. مهمته هي كسر الرابط القوي بين ذرات النيتروجين في الهواء. النيتروجين يشكّل معظم غلافنا الجوي، لكن الكائنات الحية لا تستطيع استخدامه مباشرة. تحتاج إلى تحويله إلى شكل آخر أوّلاً.

معظم الكائنات لا تستطيع القيام بهذا التحويل على الإطلاق. تعتمد علينا وعلى النباتات على بكتيريا صغيرة تقوم بهذه المهمة. إنها خدمة لا تراها العين، لكنها أساس الحياة كما نعرفها.

إنزيم لا يعرف الحرارة العالية

ما يميّز إنزيم النتروجينيز الناتج عن هذا الكائن "الجحيمي" هو أنه يقوم بهذه المهمة الكيميائية الحيوية الحاسمة في درجات حرارة تُحطّم أي بروتين آخر.

الباحثون وجدوا أن هذا الإنزيم لا يبدأ بالتفكّك إلا عند حوالي 90 درجة مئوية، بل إن بعضه ينجو حتى عند 98 درجة مئوية.

للمقارنة: هذا أشدّ حراً من معظم أفران المنزل. بروتينات جسمك كانت ستتلف بالكامل قبل الوصول إلى هذه الدرجات.

الدكتور تريستان فاغنر، كبير الباحثين، شبّه الأمر بشكل بديع بطبخ البيض. معظم البروتينات تتصرف فعلاً كبياض البيض: عرّضها لحرارة عالية وستتلف بشكل لا رجعة فيه. لكن إنزيم النتروجينيز Archaeal مختلف تماماً. صُمّم خصيصاً ليعمل في ظروف تُحطّم المنافسين.

اكتشاف مذهل في بنية الجزيء

لكن الأمور أصبحت أكثر إثارة عندما حلّل الفريق البنية الجزيئية للإنزيم باستخدام أشعة X قوية من مختبر في فرنسا.

الاكتشاف: هذا الإنزيم يحمل سمات من الثلاث عائلات الكبرى من إنزيمات النتروجينيز التي درسها العلماء:

• النوع المعتمد على الموليبدينوم
• النوع المعتمد على الفاناديوم
• النوع المعتمد على الحديد فقط

تخيّل أنك وجدت قطعة أثرية واحدة تحمل خصائص أدوات من كل عصر من عصور التاريخ البشري. شيء من هذا القبيل!

نافذة على الماضي البعيد

هذا المزيج القريب من جميع الأنواع يوحي بشيء مثير: ربما يكون هذا الإنزيم Archaeal نسخة قريبة جداً مما كانت عليه إنزيمات النتروجينيز القديمة، قبل أن تتفرّق العائلات المختلفة.

إذا كان هذا صحيحاً، فإننا نتعامل مع آلة زمن جزيئية. نافذة مباشرة على كيفية حلّ الحياة مبكراً لمشكلة捕获 النيتروجين من الغلاف الجوي.

لحظة محورية في التفاعل

من أكثر النتائج إثارة هي اكتشاف ما يُسمّى "حالة الدوران" (Turnover State) في الإنزيم. هذه الحالة شوهدت سابقاً فقط في أنواع الفاناديوم والحديد.

هذه الحالة تمثّل لحظة محتملة خلال تفاعل تقسيم النيتروجين، والتي عجز العلماء عن رصدها في إنزيمات أخرى.

وجودها هنا، في إنزيم نتروجينيز يحتوي على الموليبدينوم وينتمي إلى سلالة قديمة، يوحي بأن جميع أشكال النتروجينيز ربما تستخدم الآلية الأساسية ذاتها. كلها تحل المشكلة ذاتها، لكن بطرق مختلفة قليلاً.

لماذا يهمّنا هذا؟

بعيداً عن الفضول العلمي، تثبيت النيتروجين أساسي للحياة على الأرض. فهم كيفية عمل هذه الإنزيمات — خاصة النسخة المتطرفة منها — قد يُسهم يوماً في تطوير الزراعة، بل وحتى في فهم كيف قد توجد حياة على عوالم أخرى.

إذا كانت كائنات قادرة على أداء كيمياء أساسية في شروط ظننا أنها تستبعد الحياة تماماً، فربما كان تفكيرنا ضيّقاً جداً حول أين يمكن للحياة أن تتطوّر.

كلمة أخيرة

أكتشافات كهذه تملأنني بالدهشة.

فكّر في الأمر: الحياة تقوم بتجارب كيميائية في فتحات براكين بحرية عميقة منذ مليارات السنين. تحلّ مشاكل مختبراتنا الأكثر تطوّراً لا تزال تكافح أمامها.

وفي تلك الحكمة القديمة، قد تكمن مفاتيح لمستقبل أكثر استدامة — أو على الأقل، فهم أعمق لمدى مرونة الحياة وإبداعها.