تستضيف المحيطات الاستوائية أنظمة بيئية واسعة ومتنوعة بيولوجيًا للشعاب التي بنتها الجوفمعويات التكافلية (بما في ذلك الشعاب المرجانية وشقائق النعمان). ومع ذلك فهي فقيرة بالمغذيات اللازمة للحياة. وهذا التناقض الظاهري، المعروف باسم "مفارقة داروين"، حير العلماء منذ أن وصفه تشارلز داروين لأول مرة في عام 1842.

وفي هذا السياق، أظهرت دراسة دولية بقيادة باحثين في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) كيف توزع شقائق النعمان البحرية السكر الذي تحصل عليه من الطحالب التي تعيش معها تكافليًا لإعادة تدوير نفايات النيتروجين بكفاءة في جميع أنحاء الجسم، مما يمكنها من الازدهار في البيئات ذات الموارد الغذائية المحدودة.

يقول عالم الأبحاثقوزين كوي، الذي عمل في هذه الدراسة تحت إشرافمانويل أرناد "ركزت العديد من الدراسات السابقة على بيئة المحيطات لاكتشاف مصدر المغذيات المحدودة - وخاصة النيتروجين، وهو نادر جدًا. وافترضت بعض الدراسات القائمة على الشعاب المرجانية أن التعايش التكافلي بين الطحالب والمرجان ولّد هذه النقاط الساخنة في اليبيئة. ومع ذلك، فإن فهم الآلية الجزيئية الأساسية التي تمكن هذه الكائنات المجوفة من بناء هذه النظم البيئية الضخمة ظل بعيدة المنال".

كان كوي مهتمًا على نحو خاص بفحص العلاقة التكافلية على مستوى الأنسجة. الكائنات الجوفمعوية لها بنية نسيجية بسيطة تتكون من طبقتين خلويتين رئيسيتين: الأدمة المعوية والبشرة الخارجية. فقط الطبقة الداخلية، المعدة والأدمة، تشكل العلاقة التكافلية داخل الخلايا مع الطحالب.

قام الفريق في البداية بتكييف تقنية تشريح مجهري بالليزر لفصل طبقتين من نسيج شقائق النعمان ودراسة التعبير الجيني الخاص بأنسجتها. ثم قاموا بالتحقيق في بروتوكولات نسخ الحمض النووي الريبي المرتبطة بالتعايش في المقاييس الخلوية الجديدة من خلال تقنية تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية الناشئة. وهذه هي المرة الأولى التي تستخدم فيها مثل هذه التقنيات لدراسة آلية التعايش في شقائق النعمان البحرية.

تمكن الباحثون من تحديد الناقلات الرئيسية المشاركة في استيعاب النيتروجين، قبل استخدام تقنية تلطيخ الأجسام المضادة لتتبع توطين ناقلات المغذيات داخل شقائق النعمان.يقول أراندا "وجدنا أن شقائق النعمان تُغيّر تعبير وتوطين ناقلات المغذيات لتوزيع الجلوكوز الذي تتلقاه من الطحالب التكافلية عبر جميع أنسجتها. كما أنها تستخدم معظم كتلة جسمها لإعادة تدوير نفايات النيتروجين المنتجة، وفي الوقت نفسه تعالج أي أمونيوم متوفر في البيئة."

ويشرح كوي "هذه العلاقة التكافلية تحول الكائن الحي بأكمله إلى ممتص للنيتروجين. وهذا يتحدى الاعتقاد السائد بأن الطحالب هي الفاعل الوحيد في امتصاص النيتروجين. لكن شقائق النعمان تلعب أيضًا دورًا رئيسيًا في إعادة تدوير هذه المغذيات النادرة. إنهم يشكلون كائنًا تكافليًا واحدًا لا ينفصل".

يأمل الفريق أن توفر هذه الدراسة الأساس لإنشاء طرق تربية انتقائية أفضل يمكن أن تفيد الجهود المبذولة لحماية النظم البيئية للشعاب المرجانية. وهي خطة تسير في سياق الجهود الذي تبذلها المملكة العربية السعودية لتحسين مستقبل صحة الشعاب المرجانية في البحر الأحمر والتنوع البيولوجي في البلاد.