حصيرة الطحالب

تُعدّ الحصائر الطحلبية أحد أنواع الحصائر الميكروبية العديدة التي تتشكل على سطح الماء أو الصخور. وهي تتكون عادةً من البكتيريا الزرقاء الخضراء والرواسب . ويحدث التكوّن عندما تترسب طبقات متناوبة من البكتيريا الزرقاء الخضراء والرواسب أو تنمو في مكانها، مُشكّلةً طبقات داكنة مُرقّقة. وتُعدّ الستروماتوليتات أمثلةً بارزةً على الحصائر الطحلبية. وقد لعبت الحصائر الطحلبية دورًا هامًا في حدث الأكسدة العظيم على الأرض قبل حوالي 2.3 مليار سنة. ويمكن أن تُصبح الحصائر الطحلبية مشكلةً بيئيةً خطيرةً إذا نمت بشكلٍ كبيرٍ أو كثيفٍ لدرجة تُؤثّر على الحياة البحرية الأخرى تحت الماء عن طريق حجب ضوء الشمس أو إنتاج مواد كيميائية سامة .

تشير البكتيريا الزرقاء الموجودة في الصخور الرسوبية إلى أن الحياة البكتيرية بدأت على الأرض خلال العصر ما قبل الكمبري . وتوجد البكتيريا الزرقاء المتحجرة بكثرة في الصخور التي يعود تاريخها إلى العصر الميزوبروتيروزوي . ^{[ 1 ]} البكتيريا الزرقاء كائنات ذاتية التغذية الضوئية؛ فهي تحول ثاني أكسيد الكربون وضوء الشمس إلى غذاء وطاقة عبر عملية التمثيل الضوئي . كما أن بعض أنواعها قادرة على تثبيت النيتروجين الجوي وتحويله إلى شكل قابل للاستخدام بيولوجيًا، وهو النترات أو النتريت . ^{[ 2 ]} وهذا يمنحها ميزة تنافسية على الكائنات الحية الأخرى التي قد تعاني من نقص النيتروجين المتاح بيولوجيًا. تحتوي مستعمرات البكتيريا الزرقاء على نوعين من الخلايا: الخلايا العادية التي تحتوي على الكلوروفيل والتي تقوم بعملية التمثيل الضوئي، والخلايا المغايرة التي تثبت النيتروجين. تتميز هذه الخلايا المغايرة بجدران سميكة وتفتقر إلى الكلوروفيل، مما يحد من تعرضها للأكسجين، الذي يمنع وجوده تثبيت النيتروجين. وللسبب نفسه، قد يقتصر التثبيت أيضًا على الليل عندما تتوقف التفاعلات الضوئية المعتمدة على الضوء في عملية التمثيل الضوئي، مما يقلل من إنتاج الأكسجين. ^{[ 1 ]}

الستروماتوليت عبارة عن طبقات متناوبة من البكتيريا الزرقاء والرواسب. يتأثر حجم حبيبات الرواسب في الستروماتوليت ببيئة الترسيب. خلال حقبة البروتيروزويك ، كانت تركيبات الستروماتوليت تتكون أساسًا من الميكرايت والطين الجيري ذي الطبقات الرقيقة، بسماكة لا تتجاوز 100 ميكرون. ^{[ 3 ]} تتميز الستروماتوليت الحديثة بطبقاتها الأكثر سمكًا وعدم انتظامًا نتيجة لكبر حجم الحبيبات. تحجز الستروماتوليت جزيئات الرواسب عندما تستقر بفعل حركة الأمواج. ^{[ 3 ]} عملية الحجز عملية منفصلة حيث تحجز خيوط البكتيريا الجزيء، شريطة أن تظل زاوية الخيوط ضمن الحدود المسموح بها قبل أن تتدحرج الحبيبة نتيجة لتغلبها على احتكاك الغشاء. ^{[ 3 ]} يلعب طول خيوط البكتيريا الزرقاء دورًا هامًا في تحديد حجم الحبيبات المحجوزة. لوحظ أن هذه الحصائر البكتيرية تتميز بمناطق جيولوجية كيميائية، مثل البراكين والتكتونيات. وهي تفضل البيئات القاسية التي تفتقر إلى المغذيات أو ذات مستويات ملوحة عالية. ^{[ 2 ]} قد تُعزى هذه القدرة على التكيف أيضًا إلى نمط حياة البكتيريا ذاتي التغذية ، مما يُمكّنها من الازدهار في بيئات قاسية متنوعة. يمكن العثور على الستروماتوليت في أماكن ذات درجات حرارة متفاوتة، مثل البيئات البحرية والبحيرية والتربة. ^{[ 1 ]}

تتكون الحصائر الطحلبية في الغالب من خيوط مصنوعة من بكتيريا ذاتية التغذية وجزيئات دقيقة الحبيبات. تشتهر هذه البكتيريا بتكوين الستروماتوليت. تُعد البكتيريا الضوئية، مثل البكتيريا الزرقاء، كائنات حية تطورية مسؤولة عن زيادة مستويات الأكسجين خلال حقبة البروتيروزويك. عُرف هذا الحدث باسم حدث الأكسدة العظيم ، والذي نشأت خلاله أشكال حياة حقيقية النواة معقدة ، ربما نتيجة لزيادة توافر الأكسجين. ^{[ 4 ]} تُسمى الستروماتوليت المحفوظة بالستروماتوليثات. يمكن تمييزها بسهولة من خلال طبقاتها المتبلورة الرقيقة وأشكالها المقببة أو العمودية أو المخروطية. مع ذلك، لا ينطبق الأمر نفسه على الستروماتوليت غير المتبلورة. يُعتقد أن ندرة الستروماتوليت المحفوظة جيدًا ناتجة عن عمليات التحول الصخري المستمرة أثناء التكوين. ^{[ 5 ]} التكوّن الصخري هو عملية تجوية تترسب فيها الرواسب حديثة الترسيب فوق طبقة رسوبية قديمة، فتُدفن وتُضغط وتتصلب وتُرفع إلى السطح على شكل صخور رسوبية. ^{[ 3 ]}

يمكن أن يؤدي التكوين السريع لحصائر الطحالب إلى ظاهرة ازدهار الطحالب الضارة ، والمعروفة أيضًا باسم المد الأحمر أو المد الأخضر. ومن المعروف أن هذه الظاهرة تنتج مجموعة واسعة من السموم، مع اكتشاف سموم جديدة باستمرار، مما يجعل فهم هذه الظاهرة أكثر صعوبة. وتوجد هذه الظاهرة في المياه ذات الأهمية الاقتصادية والبيئية الكبيرة، والتي تتراوح ملوحتها من منخفضة إلى عالية، كما هو الحال في الأنهار والبحيرات والخزانات والمحيطات. ويمكن أن تتسرب السموم إلى عمود الماء، ومن ثم إلى مصادر المياه المحلية، مما يؤثر على الإنسان والحيوان. وقد يكون للسموم تأثيرات مباشرة أو غير مباشرة على الكائنات الحية. فبعض الكائنات البحرية معرضة بشكل مباشر للسموم الناتجة عن ازدهار الطحالب الضارة، بينما تتأثر كائنات أخرى من خلال تراكم السموم على مدى فترة من الزمن. وتؤثر عملية التراكم الحيوي هذه عادةً على كائنات حية مثل المحار الذي يتغذى بالترشيح والمستهلكين الثانويين. وتشير التقديرات إلى وجود آلاف حالات التسمم البشري سنويًا في آسيا نتيجة المياه الملوثة. تشير التقديرات إلى أن حالات نفوق الأسماك الناجمة عن ظاهرة التكاثر الطحلبي الضار في كوريا قد كلفت ملايين الدولارات، وفي اليابان، تشير التقديرات إلى أن مثل هذه الحالات قد أسفرت عن خسائر في الأسماك بقيمة تزيد عن 300 مليون دولار. ^{[ 6 ]}

علاوة على ذلك، تُعدّ بعض الطحالب الضارة ضارة بالنظام البيئي لمجرد تراكم كتلتها الحيوية الهائلة . ويمكن أن يؤدي هذا التراكم إلى العديد من العواقب السلبية. فعلى سبيل المثال، يُمكن أن يُقلّل نموّها وانتشارها من نفاذ الضوء إلى عمود الماء، مما يُقلّل من ملاءمة الموائل لنموّ الأعشاب المغمورة. كما يُمكن أن تُؤدّي الكتلة الحيوية العالية جدًا إلى انسداد خياشيم الأسماك، مما يُؤدّي إلى اختناقها. وقد تُؤدّي ازدهار الطحالب بكميات كبيرة أيضًا إلى تكوّن "مناطق ميتة"، تتشكّل عندما تبدأ الطحالب بالموت ويؤدي تحلّلها إلى استنزاف الأكسجين من الماء. ولا تستطيع المناطق الميتة دعم الحياة المائية (الهوائية)، وهي مسؤولة عن خسائر في الأسماك تُقدّر بملايين الدولارات سنويًا. ^{[ 6 ]}

تتمثل مواد التغذية للجيل الثالث من الوقود الحيوي في كل من الطحالب الدقيقة والكبيرة، والتي تتميز بمزايا إضافية مقارنةً بالأجيال السابقة. (يُصنع الجيل الأول من الوقود الحيوي من مواد غذائية مثل الذرة وفول الصويا وقصب السكر وبذور اللفت. أما الجيل الثاني من الوقود الحيوي، المُستخلص من النفايات ومواد التغذية الليغنوسليلوزية المُخصصة، فيتميز بمزايا تفوق مزايا الجيل الأول). تُظهر الكتلة الحيوية البحرية والمائية، مبدئيًا، إنتاجية عالية مع الحاجة إلى الحد الأدنى من استخدام الأراضي الصالحة للزراعة. من أهم مزايا الطحالب: عدم منافستها للمحاصيل الغذائية على الأراضي الصالحة للزراعة، ومعدلات نموها العالية، وانخفاض نسبة الليغنين فيها، مما يقلل الحاجة إلى المعالجة المسبقة كثيفة الطاقة، وتوافقها مع تطبيق نهج التكرير الحيوي. لقد ثبت أن الطحالب الكبيرة يمكن أن تصل إلى ضعفين إلى عشرين ضعفًا من إمكانات إنتاج محاصيل الطاقة الأرضية التقليدية. ومع ذلك، فإن بعض العيوب، مثل ارتفاع نسبة الماء فيها، وتغير تركيبها الكيميائي تبعًا للفصول، وحدوث ظواهر مثبطة أثناء عملية الهضم اللاهوائي، تجعل الوقود الحيوي المستخلص من الطحالب غير مجدٍ اقتصاديًا حتى الآن، على الرغم من كونه أكثر ملاءمة للبيئة من الوقود الأحفوري. ^{[ 7 ]}