التخفي الحيوي

يُعدّ الجفاف الحيوي الشكل الأكثر دراسةً من أشكال البقاء الخفي، ويحدث في حالات الجفاف الشديد . يُشتق مصطلح الجفاف الحيوي من الكلمة اليونانية التي تعني "الحياة بدون ماء"، ويُستخدم عادةً لوصف قدرة بعض اللافقاريات على تحمل الجفاف، مثل الديدان الدوارة ، والبطيئات المائية ، والروبيان الملحي ، والديدان الأسطوانية ، ونوع واحد على الأقل من الحشرات، وهو نوع من يرقات البعوض ( Polypedilum vanderplanki ). مع ذلك، تُظهر كائنات حية أخرى قدرة على تحمل الجفاف، منها نبات القيامة (Craterostigma plantagineum) ، ^{[ 1 ]} ومعظم بذور النباتات، والعديد من الكائنات الدقيقة مثل خميرة الخباز . ^{[ 2 ]} تستطيع بعض الكائنات الحية التي تعيش في الجفاف الحيوي البقاء لعقود، بل لقرون، في حالة الجفاف. ^{[ 3 ]}

غالبًا ما تنكمش اللافقاريات التي تمر بحالة الجفاف إلى شكل أصغر، ويبدأ بعضها بتكوين سكر يُسمى التريهالوز ، وهو سكر ثنائي يتكون من جزيئين من الجلوكوز، ويتميز بقدرة عالية على الاحتفاظ بالماء. ويرتبط تحمل الجفاف في النباتات بإنتاج سكر آخر هو السكروز . ويُعتقد أن هذه السكريات تحمي الكائن الحي من أضرار الجفاف. ^{[ 4 ]} وفي بعض الكائنات، مثل الدوارات البدائية، لم يُعثر على التريهالوز، مما دفع العلماء إلى اقتراح آليات أخرى للجفاف، ربما تتضمن بروتينات غير منتظمة بنيويًا . ^{[ 5 ]}

في عام 2011، تبين أن دودة Caenorhabditis elegans ، وهي دودة خيطية تُعد من أكثر الكائنات النموذجية دراسةً، تخضع لحالة الجفاف التام في طور اليرقة الدائمة . ^{[ 6 ]} بالإضافة إلى تخليق التريهالوز، تشارك مجموعة من المسارات الوظيفية الأخرى في حالة الجفاف التام على المستوى الجزيئي. ^{[ 7 ]} وتتمثل هذه المسارات بشكل رئيسي في آليات الدفاع ضد أنواع الأكسجين التفاعلية والمواد الغريبة ، والتعبير عن بروتينات الصدمة الحرارية والبروتينات غير المنتظمة بنيويًا ، فضلًا عن تخليق الأحماض الدهنية غير المشبعة والبوليامينات . بعض هذه المسارات محفوظ بين النباتات والحيوانات القادرة على تحمل الجفاف التام، مما يشير إلى أن هذه القدرة قد تعتمد على مجموعة من الآليات المشتركة. إن فهم هذه الآليات بالتفصيل قد يُتيح تعديل الخلايا أو الأنسجة أو الأعضاء أو حتى الكائنات الحية غير القادرة على تحمل الجفاف التام، بحيث يمكن حفظها في حالة جافة من السبات لفترات زمنية طويلة.

صورة مجهرية إلكترونية ماسحة لـ Milnesium tardigradum في حالة معلقة (tun)

صورة مجهرية إلكترونية ماسحة لـ Milnesium tardigradum في الحالة النشطة

في حالات نقص الأكسجين (المعروفة أيضًا باسم انعدام الأكسجين)، تمتص العديد من الكائنات الحية الدقيقة (مثل M. tardigradum ) الماء وتصبح منتفخة وغير متحركة، لكنها قادرة على البقاء لفترات طويلة. بعض الفقاريات ذات الدم البارد وبعض اللافقاريات، مثل الروبيان الملحي ، ^{[ 8 ]} ومجدافيات الأرجل ، ^{[ 9 ]} والديدان الأسطوانية، ^{[ 10 ]} وبراعم الإسفنج ، ^{[ 11 ]} قادرة على البقاء في حالة خمول ظاهري خلال ظروف انعدام الأكسجين لأشهر إلى عقود.

كانت الدراسات التي تناولت النشاط الأيضي لهذه الكائنات الخاملة أثناء نقص الأكسجين غير حاسمة في معظمها. ويعود ذلك إلى صعوبة قياس مستويات النشاط الأيضي الضئيلة بدقة كافية لإثبات حالة الخمول الحيوي بدلاً من مجرد انخفاض معدل الأيض. ويشكك العديد من الخبراء في الجدوى البيولوجية لحالة انعدام الأكسجين، إذ يتمكن الكائن الحي من منع تلف بنيته الخلوية بفعل الطاقة الحرة السلبية المحيطة، على الرغم من وفرة الماء والطاقة الحرارية المحيطة به، ودون استهلاك أي طاقة حرة خاصة به. ومع ذلك، ثمة أدلة تشير إلى أن البروتين p26 المُحفز بالإجهاد قد يعمل كبروتين مرافق لا يتطلب طاقة في أجنة الأرتيميا فرانسيسكانا ( قرد البحر ) المصابة بالتكيس، ومن المرجح أن مسارًا متخصصًا للغاية وبطيئًا من عديد النوكليوتيدات الغوانينية يستمر في توفير الطاقة الأيضية الحرة لأجنة الأرتيميا فرانسيسكانا أثناء ظروف نقص الأكسجين. ويبدو أن الأرتيميا فرانسيسكانا تقترب من حالة انعدام الأكسجين الحقيقي، لكنها لا تصل إليها. ^{[ 12 ]}

التسمم الكيميائي هو استجابة الكائنات الحية الخفية لمستويات عالية من السموم البيئية. وقد لوحظ ذلك في الدببة المائية . ^{[ 13 ]}

التجميد الحيوي هو شكل من أشكال السكون الحيوي الذي يحدث كرد فعل لانخفاض درجة الحرارة . يبدأ التجميد الحيوي عندما يتجمد الماء المحيط بخلايا الكائن الحي. يسمح توقف حركة الجزيئات للكائن الحي بتحمل درجات الحرارة المتجمدة حتى تعود الظروف الأكثر ملاءمة. تتميز الكائنات الحية القادرة على تحمل هذه الظروف عادةً بجزيئات تُسهّل تجميد الماء في مواقع محددة، بينما تمنع في الوقت نفسه نمو بلورات جليدية كبيرة قد تُلحق الضرر بالخلايا. ^{[ 14 ]} من أمثلة هذه الكائنات جراد البحر ^{[ 15 ]} والديدان الأسطوانية . ^{[ 16 ] [ 17 ]}

يُعدّ التناضح الحيوي أقل أنواع التكاثر الخفي دراسةً. ويحدث التناضح الحيوي استجابةً لزيادة تركيز المواد المذابة في المحلول الذي يعيش فيه الكائن الحي. ولا يُعرف الكثير على وجه اليقين، باستثناء أن التناضح الحيوي يبدو أنه ينطوي على توقف عملية الأيض. ^{[ 13 ]}