على مدى عقود، تسببت الأنشطة الصناعية في تلويث التربة والمياه والهواء بالمعادن السامة. ويهدد هذا التلوث الحياة البرية، ويلوث الإمدادات الغذائية، ويعرض صحة الإنسان للخطر. ومع ذلك، فإن أحد الحلول المحتملة لهذه المشكلة ينمو حولنا منذ زمن طويل. إذ تبحث الدكتورة نايرا إبراهيم، من جامعة ولاية جاكسون في الولايات المتحدة الأمريكية، في قدرة النباتات على امتصاص المعادن السامة من البيئات الملوثة. ومن خلال أبحاثها، اكتشفت نايرا أن بعض النباتات المذهلة قد لا تقتصر فوائدها على المساعدة في استعادة النظم البيئية المتضررة، بل قد تؤدي أيضًا دورًا في الطب البشري.
تحدث بلغة عالم علوم البيئة
التسلسل الجيني: طريقة تُستخدم لتحديد ترتيب الوحدات البنائية للحمض النووي، بهدف فهم المعلومات الوراثية.
المعادن الثقيلة: معادن يمكن أن تضر بالكائنات الحية عندما توجد بتركيزات مرتفعة، مثل الرصاص والكادميوم والزنك.
نباتات الزينة: نباتات تُزرع أساسًا لجمال مظهرها، كما في الحدائق وتنسيق المساحات الخارجية وأغراض الزخرفة.
المعالجة النباتية: استخدام النباتات لإزالة الملوثات الموجودة في التربة أو المياه أو الهواء، أو الحد منها أو التحكم فيها.
التجوية المعززة: طريقة تهدف إلى تسريع التفكك الطبيعي للصخور، بما يساعدها على امتصاص كميات أكبر من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي.
من النفايات الصناعية والتسربات النفطية إلى التعدين والزراعة، تطلق الأنشطة البشرية مجموعة واسعة من الملوثات في البيئة، بما في ذلك المعادن السامة مثل الكادميوم (Cd) والرصاص (Pb) والزنك (Zn). ويمكن أن تبقى هذه الملوثات في البيئة لعقود طويلة، فتلوث المحاصيل الغذائية ومياه الشرب، وتزيد من خطر الإصابة بمشكلات صحية خطيرة، بما فيها تلف الدماغ والكلى والجهاز العصبي. فكيف يمكننا التخلص من هذه الملوثات التي يصعب إزالتها من دون التسبب في مزيد من الأضرار؟
تقول الدكتورة نايرا إبراهيم، من جامعة ولاية جاكسون: «المعالجة النباتية تقنية مستدامة قائمة على الطبيعة، تستخدم النباتات لإزالة الملوثات من التربة والمياه وحتى الهواء، أو تثبيتها أو إزالة سميتها. وتمتلك بعض النباتات قدرة استثنائية على امتصاص الملوثات، مثل المعادن الثقيلة، عبر جذورها، ثم تخزينها بأمان داخل أنسجتها أو تحويلها إلى أشكال أقل ضررًا».
تبحث نايرا في إمكانات استخدام نباتات الزينة في المعالجة النباتية. وتوضح قائلة: «تعمل بعض النباتات بوصفها مرشحات طبيعية، إذ تستخلص الملوثات، مثل المعادن السامة، من البيئات الملوثة، مع مواصلة نموها والمساهمة في تحسين جودة التربة. وبالمقارنة مع الطرق التقليدية، مثل حفر التربة الملوثة وإزالتها أو معالجتها بالمواد الكيميائية، تُعد المعالجة النباتية أقل تكلفة وأكثر ملاءمة للبيئة واستدامة. فهي تحتاج إلى طاقة أقل، وتنتج كميات ضئيلة من النفايات، وتحافظ على بنية التربة، وتعزز التنوع البيولوجي، وتتيح إنشاء مساحات خضراء بدلًا من إحداث اضطرابات في النظم البيئية. كما توفر فوائد بيئية طويلة الأمد، مع تقليل تكاليف إزالة التلوث التي تتحملها المجتمعات».
تركز أبحاث نايرا على نبات الدفلى (Nerium oleander)، وهو شجيرة دائمة الخضرة تتميز بأزهار عطرية ذات ألوان وردية أو حمراء أو بيضاء. ويمتلك هذا النبات بروتينات نقل متخصصة تمكّنه من امتصاص المعادن السامة عبر جذوره.
وتقول نايرا: «بمجرد دخول هذه المواد إلى النبات، تُنقل إلى أنسجة مختلفة، تشمل الجذور والسيقان والأوراق، حيث تُخزَّن بأمان داخل حجرات خلوية، مما يقلل الضرر الذي قد يلحق بالنبات نفسه. وقد أظهرت أبحاثنا أن نبات الدفلى يتمتع بقدرة عالية على تحمل البيئات الملوثة، لأنه يمتلك أنظمة دفاع طبيعية تحميه من سمية المعادن الثقيلة».
التجوية المعززة
تهتم نايرا بدراسة كيفية تعزيز كفاءة المعالجة النباتية عند دمجها بالتجوية المعززة، وهي استراتيجية مبتكرة للتخفيف من تغير المناخ، تعمل على تسريع عملية جيولوجية طبيعية.
وتشرح نايرا قائلة: «تُوزَّع الصخور السيليكاتية المطحونة ناعمًا، مثل صخر البازلت، على الأراضي الزراعية أو التربة الملوثة، حيث تتفاعل مع مياه الأمطار وثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي (CO2). ويؤدي هذا التفاعل إلى تخزين الكربون بصورة دائمة في أشكال معدنية مستقرة، مما يزيله من الغلاف الجوي ويسهم في تحسين خصوبة التربة».
ولا تقتصر فوائد التجوية المعززة على احتجاز الكربون، بل يمكنها أيضًا تحسين صحة التربة من خلال إطلاق العناصر الغذائية الأساسية اللازمة لنمو النباتات، والمساعدة في احتجاز المعادن السامة والحد من انتقالها إلى المياه الجوفية. وقد يوفر الجمع بين هذه التقنية والمعالجة النباتية استراتيجية فعالة لاستعادة الأراضي الملوثة.
وتقول نايرا: «عندما يُزرع نبات الدفلى في تربة عولجت بمعادن تُستخدم في التجوية المعززة، فإنه يستفيد من تحسن خصوبة التربة وتوافر ظروف أكثر ملاءمة للنمو. وفي الوقت نفسه، تساعد الإضافات الصخرية على تقليل قابلية المعادن الثقيلة للحركة والانتقال، بينما يواصل النبات استخلاص الملوثات بصورة نشطة».
الأساس الجيني لقدرات نبات الدفلى
لفهم الأسباب التي تجعل نبات الدفلى أداة طبيعية فعالة في تنظيف البيئات الملوثة، تبحث نايرا في الجينات التي تمكّن النبات من امتصاص المعادن السامة ونقلها وتخزينها بأمان. ويجمع هذا البحث بين علم الأحياء النباتي وعلوم البيئة وعلم الجينوم وعلم الأحياء الدقيقة والمعلوماتية الحيوية، بهدف الكشف عن كيفية استجابة النبات عند تعرضه للتلوث.
وباستخدام تقنيات التسلسل الجيني، تستطيع نايرا تحديد الجينات التي تنشط عندما ينمو نبات الدفلى في تربة ملوثة، وكذلك تحديد الكائنات الحية الدقيقة التي تعزز قدرة النبات على تحسين التربة. وتساعد تقنيات إضافية، تشمل أساليب التصوير مثل التألق بالأشعة السينية، إلى جانب تحليل الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بالجذور، على الكشف عن كيفية تعاون النباتات والكائنات الحية الدقيقة لتحسين خصائص التربة.
وتقول نايرا: «يتيح لنا الجمع بين هذه التقنيات تحديد الجينات التي تنشط عندما تتعرض النباتات للمعادن الثقيلة، وفهم كيفية مساهمة الكائنات الحية الدقيقة في تحسين كفاءة المعالجة النباتية».
قدرات النباتات: تطبيقات بيئية وطبية
تشير النتائج الأولية إلى أن نبات الدفلى، عند زراعته في تربة ملوثة، ينشّط مجموعة من الجينات التي تساعده على نقل المعادن السامة، ومقاومة الأضرار، وحماية خلاياه في الظروف المجهدة. كما تسلط أبحاث نايرا الضوء على أهمية التفاعلات بين جينات النباتات والكائنات الحية الدقيقة النافعة الموجودة في التربة.
وتقول نايرا: «يمكن لهذه المعرفة مستقبلًا أن تساعد العلماء على تطوير نباتات أكثر كفاءة في المعالجة النباتية، من خلال الانتخاب الوراثي أو التكنولوجيا الحيوية، مما يتيح تنظيف الأراضي والمياه الملوثة بسرعة أكبر وبطرق أكثر أمانًا وكفاءة. وفي نهاية المطاف، يمكن الاستفادة من هذا البحث في استعادة البيئات المتضررة، والزراعة المستدامة، وتعزيز القدرة على التكيف مع تغير المناخ، وحماية الصحة العامة، بل وحتى في الزراعة الفضائية مستقبلًا».
وكشفت الأبحاث أيضًا عن إمكانات واعدة لهذا النبات تتجاوز تنظيف البيئة. وتقول نايرا: «ينتج نبات الدفلى عدة مركبات نشطة بيولوجيًا تمتلك خصائص مضادة للميكروبات والأكسدة والسرطان. وتبحث دراساتنا الحالية فيما إذا كانت المستخلصات المستخلصة من هذا النبات قادرة على تثبيط نمو خلايا سرطان القولون والمستقيم».
المشاركة المجتمعية
في ولاية ميسيسيبي، حيث أسهمت عقود من النشاط الصناعي المكثف في تلوث البيئة، تعمل نايرا مع المجتمعات المحلية لاستكشاف حلول مستدامة.
وتقول: «نتعاون مع الجهات المعنية المحلية والطلاب والشركاء العاملين في مجال البيئة لتقييم المواقع الملوثة، ومراقبة جودة التربة والمياه، وتحديد استراتيجيات مستدامة لمعالجة التلوث. ونسعى إلى الحد من التلوث البيئي، وتحسين صحة النظم البيئية، وتعزيز قدرة المجتمعات على الصمود، وتوفير بيانات علمية يمكن الاستناد إليها في توجيه ممارسات الإدارة البيئية والقرارات المتعلقة بالسياسات المستقبلية».
وبالنظر إلى المستقبل، تستكشف نايرا سبل الاستفادة من علم الوراثة والكائنات الحية الدقيقة لجعل المعالجة النباتية أكثر فعالية. وتقول: «يتمثل أحد أهدافي طويلة الأمد في تطوير تقنيات مستدامة بيئيًا تستطيع، في الوقت نفسه، تنظيف التربة والمياه الملوثة، وتحسين الإنتاجية الزراعية، والحد من انبعاثات غازات الدفيئة، وحماية الصحة العامة. كما آمل أن أواصل توجيه الطلاب من خلفيات متنوعة، وإعداد الجيل القادم من العلماء للتصدي للتحديات البيئية المعقدة من خلال الأبحاث متعددة التخصصات».
حول علوم البيئة
تسهم الخيارات التي نتخذها والإجراءات التي نقوم بها في تشكيل مستقبل كوكبنا. وإذا كنت مهتمًا بمعرفة كيفية إحداث تغييرات إيجابية في بيئتنا، فقد تكون علوم البيئة المجال المهني المناسب لك. إذ تدرس علوم البيئة الروابط بين الأرض والمياه والهواء والنباتات والحيوانات والبشر، وتبحث فيما يحدث عندما تتعرض هذه الروابط للاضطراب أو الاختلال.
وتقول نايرا: «تتيح لنا علوم البيئة التصدي لتحديات عالمية، تشمل التلوث وتغير المناخ وفقدان التنوع البيولوجي وتدهور جودة المياه. كما توفر فرصًا مهنية واعدة في مجالات البحث والحكومة والصناعة والحفاظ على البيئة والتكنولوجيا الحيوية والاستشارات البيئية».
وتتنوع الفرص المتاحة في هذا المجال بتنوع البيئات المختلفة على كوكبنا. فقد يتخصص العاملون في علوم البيئة في الحفاظ على الحياة البرية أو علم الأحياء البحرية، أو تطوير مصادر الطاقة المتجددة وأساليب الزراعة المستدامة، أو مكافحة التلوث باستخدام النباتات، كما تفعل نايرا.
وتتسم الوظائف في هذا المجال أيضًا بتنوع كبير في طبيعة المهام والمسؤوليات. وبالنسبة إلى نايرا، فإن «يوم العمل المعتاد يتضمن التدريس، والإشراف على الأبحاث المخبرية، وتحليل البيانات البيئية والجينومية، وكتابة مقترحات الحصول على المنح البحثية، ونشر الأبحاث، والتعاون مع العلماء».
ويُعد توجيه الطلاب من خلفيات متنوعة جزءًا مهمًا من عملها، إلى جانب إتاحة الفرص لهم للمشاركة في الأبحاث والمبادرات، مثل دعم عملها مع المجتمعات المحلية في ولاية ميسيسيبي.
وتحرص نايرا على التأكيد على الطبيعة متعددة التخصصات لعلوم البيئة، وكيفية جمع هذا المجال للمعارف والخبرات المستمدة من تخصصات مختلفة. وتقول: «تجمع علوم البيئة بين علم الأحياء النباتي وعلم الوراثة وعلم الأحياء الدقيقة والكيمياء البيئية، بهدف تطوير حلول مستدامة للتلوث، وتعزيز القدرة على التكيف مع تغير المناخ، وتحسين صحة المجتمعات».
وتتطور علوم البيئة بسرعة كبيرة، وتشمل التطورات الحديثة في هذا المجال استخدام الذكاء الاصطناعي والأقمار الصناعية والطائرات المسيّرة. بل قد يؤدي علماء البيئة مستقبلًا دورًا مهمًا في استكشاف الفضاء، من خلال إنشاء نظم بيئية مستدامة تدعم الزراعة الفضائية، باستخدام أدوات مثل المعالجة النباتية التي اكتُشفت إمكاناتها هنا على الأرض.
