موجودات کوچکی که پنهانی سیاره را می‌رانند

من می خواهم شما را به یک میکروارگانیسمکوچک معرفی کنم که احتمالا هرگز از او نشنیده‌اید: نام او پروکلوروکوکوس، و جاندار کوچک بسیار شگفت انگیزی است.
به عنوان مثال، اجداد او زمین را به گونه‌ای تغییر دادند که اینامکان را برای ما فراهم کرد که تکامل بیابیم و در کد ژنتیکی آنها طرح ژنتیکی آن پنهان شده است که ممکن است الهام بخش راه‌هایی برایکاهش وابستگی ما به سوخت فسیلی باشد. اما شگفت‌انگیزترین چیز این است که سه میلیارد میلیارد میلیارد از این سلولهای کوچکروی این سیاره وجود دارد، و ما تا ۳۵ سال پیش نمی‌دانستیمکه آنها وجود دارند.
بنابراین برای تعریف داستان آنها، اول باید شما را به زمان گذشته ببرم، چهار میلیارد سال پیش، زمانی که زمیناحتمالا چیزی شبیه به این بوده است. حیات در این سیاره وجود نداشت، اکسیژنی در جو نبود. پس چه اتفاقی برای این سیاره افتاد که آن رابه چیزیکه امروز از آن لذت می‌بریم تغییر داد، پر از زندگی، مملو از گیاهان و حیوانات؟
خوب، در یک کلمه، فتوسنتز. حدود دو و نیم میلیارد سال پیش، برخی از اجداد باستانیپروکلوروکوکوس تکامل یافتند که بتوانند از انرژی خورشیدی استفاده کنند و آن را جذب کنند و آب را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه کنند. و انرژی شیمیایی حاصل از این تجزیه را برای جذب CO2، دی اکسید کربن از جو برای ساخت قندها، پروتئین ها،و اسیدهای آمینه و همه چیزهایی که حیاتاز آن ساخته شده استفاده کنند. و همانطور که آنها بیشتر و بیشترتکامل و رشد کردند در بازه میلیون‌ها و میلیون‌ها سال، آن اکسیژن در جو تشکیل شده است. تا حدود ۵۰۰ میلیون سال پیش، در جو فضای کافی وجود داشت کهموجودات بزرگتر بتوانند تکامل پیدا کنند. یک انفجار گونه‌های زندگی وجود داشت، و در نهایت، ما در صحنه ظاهر شدیم. درحالیکه این حوادث در جریان بودند، برخی از آن فتوسنتز کننده‌هایباستانی درگذشتند، فشرده و دفن شده، و تبدیل به سوخت فسیلی شدند با نور خورشید ذخیره شده در زنجیره‌های کربن‌شان. آنها اساسا نور خورشید هستندکه در قالب زغال سنگ و نفت ذخیره شده‌اند. فتوسنتز کننده‌های امروزی، سیستم‌هایشان را از آن میکروب‌های باستانی منشا گرفته‌اند، و آنها اساسا همه حیات روی زمین را تغذیه می‌کنند. قلب شما با استفاده از انرژی خورشید می‌تپد که بعضی از گیاهان برای شما فراوری می‌کنند، و موادی که بدن شما از آن ساخته شده است از CO2 تولید می‌شود که برخی از گیاهان برای شما فراوری می‌کنند. اساسا همه ما از نور خورشید ودی اکسید کربن ساخته شده‌ایم. اساسا، ما همه فقط هوای گرم هستیم.
(خنده)
به عنوان موجودات زمینی، ما با گیاهان زمینی خیلی آشنا هستیم: درختان، علف‌ها،مراتع، محصولات زراعی. اما اقیانوس‌ها با میلیاردها تنحیوانات پر شده‌اند. آیا تا به حال فکر کرده‌اید چه چیز آنها را تغذیه می‌کند؟ خوب، یک مرتع نامرئی وجود دارد از فتوسنتز کننده‌های میکروسکوپیکه فیتوپلانکتون نامیده می‌شوند که تا عمق ۲۰۰ مترسطح اقیانوس را پر می‌کنند، و آنها کل اکوسیستم اقیانوس راتغذیه می‌کنند. برخی حیوانات در میان آنها زندگیکرده و آنها را می‌خورند، و دیگران در شب برای تغذیه از آنهابه سطح شنا می‌کنند، در حالی که دیگران در عمق می‌نشینندو منتظر مرگ و ته نشین شدن آنها می‌مانند و سپس آنها را می‌خورند.
بنابراین این فیتوپلانکتون‌های کوچک، جمعا، کمتر از یک درصد از تمام گیاهانبر روی زمین وزن دارند، اما سالانه آنها تقریبا برابر همه گیاهانبر روی زمین فتوسنتز می‌کنند، از جمله جنگل‌های بارانی آمازون که ما ریه‌های این سیاره در نظر می‌گیریم. هر سال، آنها ۵۰ میلیارد تن کربن در قالب دی اکسید کربندر بدن شان تولید می‌کنند که اکوسیستم اقیانوس را تغذیه می‌کند. چگونه این مقدار کم از زیست توده به اندازه تمام گیاهاندر زمین تولید می‌کنند؟ خوب، آنها تنه و ساقه ندارند و گل و میوه و از این چیزها که از آنها مراقبت کنند. تنها کارشان رشد و تقسیم و رشد و تقسیم است. آنها ماشین‌های فتوسنتز کنندهبسیار کارآمدی هستند. آنها واقعا پرکارند.
بنابراین هزاران گونهمختلف فیتوپلانکتون وجود دارند، در تمام اشکال و اندازه‌های مختلف، همه تقریبا کمتر از عرض یک موی انسان. در اینجا من برخی از آنهاییکه زیباتر هستند را نشان شما می‌دهم، نسخه‌هایی که در کتاب‌های درسی است. من به آنها می‌گویمگونه‌های جذاب فیتوپلانکتون‌ها.
و این پروکلوروکوکوس است. می‌دانم، این فقط شبیه یک لکه در یک اسلایدمیکروسکوپ است.
(خنده)
اما آنها در آنجا هستند و من قصد دارم آنها را به شمادر یک دقیقه افشا کنم. اما ابتدا می‌خواهم به شما بگویمچگونه آنها کشف شدند.
حدود ۳۸ سال پیش، ما با فناوری به نام فلوسایتومتریدر آزمایشگاه من بازی می‌کردیم که برای تحقیقات پزشکی برای مطالعه سلولهاییمانند سلول‌های سرطانی ساخته شده بود، اما معلوم شد که ما از آنبه منظور دیگری استفاده می‌کردیم که برای مطالعه فیتوپلانکتون بود،و به زیبایی متناسب برای انجام این کار بود. و اینگونه کار می‌کند: بنابراین شما در این لوله کوچک مویرگی کوچکنمونه را تزریق می‌کنید، و سلول‌ها با نور لیزر تقاطع پیدا می‌کنند، و در نتیجه، آنها با توجه به اندازه نور از خود پراکنده می‌کنند و بازتاب نور آنها بر اساسهر رنگی که دارند خواهد بود، چه آنها بی‌رنگ باشند و چه شما به آنها رنگ اضافه کنید. و کلروفیل فیتوپلانکتون، که سبز است، هنگامی که نور آبی بر روی آن می‌تابانید، نور قرمز منتشر می‌کند. بنابراین ما از این ابزار برایچندین سال استفاده کردیم برای مطالعه روش زندگی فیتوپلانکتون‌ها، مانند گونه جذابیکه من به شما نشان دادم، برای مطالعه زیست‌شناسی سلولی آنها. اما تمام آن زمان، ما فکر کردیمآیا خیلی جالب نمی‌تواند باشد اگر ما بتوانیم ابزاری مانند این رابا خود به کشتی ببریم و آب دریا را از درونش رد کنیم و ببینیم که تنوع این همهفیتوپلانکتون به چه شکل است. بنابراین من توانستم به دستگاهی که ما آن را جعبه بزرگ در جریانسیاتومتری می‌نامیم، دسترسی پیدا کنم، یک لیزر بزرگ و قدرتمند با تضمین بازگشت پولاز شرکت تولید کننده که اگر در کشتی کار نکند،آنها آن را پس می‌گیرند. و بنابراین یک دانشمند جوانکه من در آن زمان با او کار می‌کردم راب اولسون توانستقطعات آن را از هم جدا کند، آن را در کشتی قرار دهد،آن را سر هم کند و به دریا ببرد. و با موفقیت تمام انجام شد. ما فکر نمی‌کردیم کار کندچون ما فکر می‌کردیم ارتعاشات کشتی مانع کار دستگاه لیزر خواهد شد، اما واقعا با موفقیت تمام کار کرد. بنابراین ما توزیع فیتوپلانکتون‌ها رادر سراسر اقیانوس نقشه برداری کردیم. برای اولین بار، می‌توانستید در زمان جاری به هر سلول بصورت مجزا نگاه کنید و ببینید چه اتفاقات هیجان‌انگیزی در حال وقوع بود. اما یک روز، راب متوجه تعدادی سیگنال‌های ضعیف شد که از دستگاه خارج می‌شد که ما آن را به عنوان سر و صدایالکترونیکی نادیده گرفتیم برای تقریبا یک سال قبل از اینکه متوجه شویم که واقعا مانندسر و صدای دستگاه رفتار نمی‌کند. و دارای برخی الگوهای منظم بود. برای خلاصه کردن داستان، سلول‌های بسیار بسیار کوچکی بودند، کمتر از یک صدم عرض یک موی انسان که حاوی کلروفیل بودند. و آنها پروکلروکوکوس بودند.
اسلایدی را که منبه شما نشان دادم به یاد دارید؟ اگر شما نور آبی را بر همان نمونه بتابانید، این چیزی است که می‌بینید: دو سلول کوچک که نور قرمز بازتاب می‌کنند. این‌ها پروکلروکوکوس هستند. آنها کوچک‌ترین و فراوان‌ترینسلول‌های فتوسنتزی در سیاره هستند. در ابتدا، ما نمی‌دانستیم آنها چه هستند، پس اسم آنها را«کوچولوهای سبز» گذاشتیم. نام بسیار پراحساسی برای آنها بود. نهایتاً، به اندازه کافی در موردشان دانستیمکه آنها را پروکلروکوکوس بخوانیم، که به معنی «توت سبز اولیه» است.
و تقریبا آن زمان بود که من به قدری شیفته این سلول‌های کوچک شدم که کل آزمایشگاهم را برای مطالعه آنهاو هیچ چیز دیگر اختصاص دادم. و وفاداری به آنهاواقعا ارزشش را نشان داد. آنها کار عظیمی برای من کردند،از جمله آوردن من به اینجا.
(تشویق)
بنابراین در طول سال‌هاما و تعداد بسیار زیادی، پروکلروکوکوس‌ها را در سراسراقیانوس‌ها مورد مطالعه قرار داده‌اند و متوجه شدیم که آنها در مناطقبسیار وسیع و بسیار گوناگون در اکوسیستم اقیانوس باز فراوان هستند. به خصوص آنها در مناطقی فراوان هستند کهبه آنها جریان‌های باز اقیانوسی می‌گوییم. به این مکان‌ها گاهی اوقاتبیابان‌های اقیانوس‌ها می‌گویند، اما آنها در واقعیت اصلا بیابانی نیستند. آب آبی عمیق آنها مملو از صد میلیون پروکلروکوکوس در هر لیتر است. اگر آنها را کنار هم جمع کنید مثلروشی که ما زندگی می‌کنیم، می توانید کلروفیلسبز زیبای آنها را ببینید. یکی از این لوله‌های آزمایشدارای یک میلیارد پروکلروکوکوس است، و همانطور که پیش‌تر گفتم، سه میلیارد میلیارد میلیارد از آنهادر سیاره وجود دارد. یعنی سه اوکتیلیون، اگر بخواهید عددش را تبدیل کنید.
(خنده)
و جمعا، وزنشان بیشتر از وزنتمام انسان‌ها است و آنها به اندازه کل گیاهان روی زمین فتوسنتز می‌کنند. آنها در اقیانوس جهانی فوق‌العاده مهم هستند. در نتیجه در طول سال‌ها،همانطور که آنها را مطالعه کردیم و متوجه شدیم که چقدر فراوان بودند، فکر کردیم، این واقعا عجیب است. چگونه یک گونه تنها می‌تواند در بسیاریاز زیستگاه‌های مختلف اینقدر فراوان باشد؟ همانطور که بیشتربر زندگی آنها تمرکز کردیم، آموختیم که آنها اکوتیپ‌های مختلفی هستند. برخی از آنها به نور بسیار زیادسازگار شده‌اند در سطح آب، و برخی از آن‌ها به نور کم در اعماقاقیانوس سازگاری پیدا کردند. در واقع، آن سلول‌هایی که پایین‌تراز مرز نور خورشید زندگی می‌کنند از تمام سلول‌های شناخته شدهدر فتوسنتز کارآمدتر هستند. و بعد آموختیم که گونه‌هایی وجود دارند که در امتداد خط استوا رشد می‌کنند، در جایی که درجه حرارت بالاتر است، و برخی از آنها که در دماهایسردتر بهتر عمل می‌کنند به شمال و جنوب می‌روند.
پس هر چه ما بیشتر و بیشتر آنها رامطالعه کردیم و گوناگونی بیشتری یافتیم، با خود فکر کردیم، خدای مناینها چقدر متنوع هستند؟ و در همان ایام، امکان پیدا کردنتوالی ژنوم‌های آنها محقق شد و ما با دقت به توالی ژنتیکیآنها نگاه کردیم. و ما قادر به یافتن توالی ژنتیکینمونه‌هایی که کشت داده بودیم شدیم، اما باز اخیرا از طریق جریان سیاتومتری، می‌توانیم یک سلول رااز سلول‌های دیگر جدا کنیم و توالی ژنتیکی فردی آنها را پیدا کنیم، و در حال حاضر ما توالی ژنتیکی صدهاپروکلروکوکوس را یافته‌ایم. و هر چند هر سلول تقریبا ۲٫۰۰۰ ژن دارد -- این تعداد یک دهم تعداد ژن‌های انسان است -- همانطور که بیشتر و بیشترتوالی‌ها را می‌یابید، متوجه می‌شوید که آنها فقط هزار ژن مشترک دارند و هر هزارتای دیگر برای هرگونه مجزا از یک مخزن عظیم ژن برداشت شده است، و نشان‌دهنده محیطی است که سلول‌هادر آن رشد و نمو کرده‌اند، نه تنها نور کم یا زیادیا دمای بالا یا پایین، بلکه مواد غذایی که آنها را محدود می‌کند مانند نیتروژن، فسفر یا آهن. که نشان دهنده زیستگاهی استکه آنها از آن آمده‌اند.
اینطور می‌توانید فکر کنید. اگر هر سلول یک گوشی هوشمند باشد و برنامه‌ها ژن‌ها باشند، وقتی که گوشی هوشمندتان را می‌گیرید،با این برنامه‌های ساخته شده می‌آید. این برنامه‌ها همان‌ها هستند که نمی‌توانیدحذفشان کنید اگر آیفون دارید. شما آنها را فشار می‌دهید و اما آنهانمی‌لرزند و علامت ضربدر ندارند. حتی اگر آنها را نمی‌خواهیدنمی‌توانید از آنها خلاص شوید.
(خنده)
اینها مانند ژن‌های هسته‌ای از پروکلروکوکوس هستند. آنها ماهیت گوشی هستند. اما شما یک مخزن بزرگ ازبرنامه‌های دیگر برای استفاده دارید تا گوشی خود را به شیوه زندگی و زیستگاهخاص خود به صورت سفارشی طراحی کنید. اگر زیاد سفر می‌کنید،برنامه‌های سفر زیادی دارید، اگر موضوعات اقتصادی دوست دارید ممکناست برنامه‌های اقتصادی زیادی داشته باشید، یا اگر مثل من هستید، احتمالا برنامه‌های آب و هوایی زیادی دارید، و امیدوارید یکی از آنها آنچه می‌خواهید را به شما بگوید.
(خنده)
و من در چند روز آخر در ونکوور فهمیدم که شما به برنامه آب و هوایی نیاز ندارید،فقط یک چتر نیاز دارید. بنابراین --
(خنده)
(تشویق)
بنابراین همانطور که گوشی‌های هوشمند شمابه ما می‌گوید شما چگونه زندگی می‌کنید، شیوه زندگی شما، خواندن ژنوم از یک سلول پروکلوکوکوس به ما می‌گوید در محیط آنچه عوامل موثری وجود دارند. مثل خواندن دفتر خاطرات آنها است، نه تنها به ما می‌گوید که چگونه روزها و یا هفته‌هایش را سپری کرده، بلکه حتی تاریخ تکاملی آن را بیان می‌کند. همانطور که مطالعه کردیم -- گفتم کهما توالی ژن‌های صدها سلول را یافتیم، و ما هم اکنون می‌توانیم نشان دهیم اندازه کلی ژنتیکی -- ستون ژنی - از فدراسیون پروکلروکوکوس،همانطور که ما آن را می‌نامیم چیست. این مثل یک سوپر ارگانیسم است. و معلوم است که پیش‌بینی‌ها بیانگر آن هستند که این گروه دارای ۸۰٫۰۰۰ ژن است. این عدد چهار برابر اندازه ژنوم انسان است. و این تنوع مخزن ژن‌هاست که برای آنها ممکن می‌سازد که بر این همه مناطق بزرگ اقیانوس مسلط شوند و ثبات خود را حفظ کنند در گذر سال‌ها و سال‌ها.
بنابراین وقتی که من در موردپروکلروکوکوس رویا می‌بافم، که احتمالا بیشتر از حد طبیعی است --
(خنده)
تصور می‌کنم آنها در محیطشان شناورند، مشغول کار خودشان هستند، نگهداری سیاره، تغذیه حیوانات. اما در آخر ناگزیر فکر می‌کنم که آنها چه شاهکاری هستند، به ظرافت صیقل داده شدهبا میلیون‌ها سال تکامل. با ۲٫۰۰۰ ژن، آنها می‌توانند کاری راانجام دهند که نبوغ انسانی ما هنوز نمی‌داند چطور انجام دهد. آنها می‌توانند انرژی خورشیدی،و دی اکسید کربن را بگیرند و آن را به انرژی شیمیاییدر فرم کربن آلی تبدیل کنند، به دام انداختن نور خورشیددر آن زنجیره‌های کربن.
اگر ما می‌توانستیم بفهمیمدقیقا چگونه این کار را انجام می‌دهند، می‌توانست الهام بخش طرح‌هایی باشد که وابستگی مابه سوختهای فسیلی را کاهش دهد، که داستان من را کامل می‌کند.
سوختهای فسیلی دفن شده که ما در حال سوزاندن آنها هستیم برای زمین دفن آنها میلیون‌هاسال طول کشیده است، از جمله آن اجداد پروکلروکوکوس‌ها، و ما در یک چشم بر هم زدن آنها را می‌سوزانیم در زمانبندی زمین شناسی. دی اکسید کربن در جو در حال افزایش است. این یک گاز گلخانه‌ای است. اقیانوس‌ها شروع به گرم شدن کرده‌اند. بنابراین سوال این است، اینها چه تاثیری بر روی پروکلروکوکوس من دارد؟ و مطمئن هستم که شما انتظار دارید که بگویمکه میکروب‌های عزیز من محکوم شده‌اند، اما در واقع نیستند. پیش‌بینی‌ها این است که جمعیت آنهابا گرم شدن اقیانوس گسترش خواهد یافت با ۳۰ درصد افزایش تا سال ۲۱۰۰.
آیا این من را خوشحال می‌کند؟ خوب، من را برای پروکلروکوکوسخوشحال می کند البته --
(خنده)
اما نه برای سیاره. برندگان و بازندگان وجود دارند در این آزمایش جهانی که ما انجام داده‌ایم، و این پیش‌بینی شده استکه در میان بازنده‌ها برخی از آن فیتوپلانکتون‌هایبزرگتر خواهند بود، آن جذاب‌ها که انتظار می‌رودتعداد آنها کاهش پیدا کند، و آنها هستند که زئوپلانکتون‌ها کهماهی‌ها را تغذیه می کند را تغذیه می‌کنند که ما دوست داریم صید کنیم.
خوب پروکلروکوکوس در ۳۵سال گذشته الهام بخش من بوده است، اما خیل عظیمی از میکروب‌هایدیگر در زمین وجود دارند که از سیاره ما برای ما حفاظت می‌کنند. آنها آنجا هستند آماده و منتظر ما برای پیدا کردنشان تا آنهاهم بتوانند داستان‌هایشان را بیان کنند.
متشکرم.
(تشویق)