بكتيريا الكابلات

البكتيريا الناقلة هي بكتيريا خيطية تنقل الكهرباء لمسافات تزيد عن 1  سم في الرواسب وخزانات المياه الجوفية. ^{[ 1 ] [ 2 ]} تسمح هذه البكتيريا بنقل الإلكترونات لمسافات طويلة، مما يربط مانحات الإلكترونات بمستقبلاتها، وبالتالي يربط تفاعلات الأكسدة والاختزال المنفصلة سابقًا. ^{[ 3 ]} تربط البكتيريا الناقلة اختزال الأكسجين ^{[ 2 ]} أو النترات ^{[ 4 ]} على سطح الرواسب بأكسدة الكبريتيد ^{[ 2 ]} في طبقات الرواسب العميقة الخالية من الأكسجين.

لوحظت الموصلية الكهربائية لمسافات طويلة في الرواسب لأول مرة عام 2010، حيث تمثلت في فصل مكاني بين أكسدة الكبريتيد واختزال الأكسجين في الرواسب البحرية، والذي انقطع ثم عاد بمعدل أسرع مما يمكن تفسيره بالانتشار الكيميائي. ^{[ 1 ]} لاحقًا، تبين أن هذه الموصلية الكهربائية يمكن رصدها عبر طبقة غير موصلة من الكريات الزجاجية المجهرية، حيث كانت البنى الموصلة الوحيدة المحتملة هي البكتيريا الخيطية التابعة لعائلة Desulfobulbaceae . ^{[ 2 ]}

تم إثبات موصلية الخيوط الحية المفردة لاحقًا من خلال مراقبة حالة أكسدة السيتوكرومات باستخدام مجهر رامان . ^{[ 5 ]} ولوحظت الظاهرة نفسها لاحقًا في رواسب المياه العذبة ^{[ 6 ]} وخزانات المياه الجوفية. ^{[ 7 ]} وفي طبقة سطحية من الرواسب بسمك 15 سم، لوحظت كثافات من البكتيريا الكابلية يصل طولها الإجمالي إلى 2 كم لكل سنتيمتر مربع من السطح. ^{[ 8 ]}  

يبلغ قطر خيوط بكتيريا الكابلات من 1 إلى 4  ميكرومتر، وطولها أكثر من  سنتيمتر واحد. ^{[ 10 ]} تتخذ الخلايا الفردية في الخيوط شكلاً عصويًا، ويبلغ متوسط ​​طولها 3  ميكرومتر. ^{[ 2 ]} وباعتبارها بكتيريا سالبة الغرام ، فإنها تمتلك غشائين خلويين، حيث تمتلك كل خلية غشاءها الداخلي الخاص ، بينما يشترك جميع الخلايا في الخيط في الغشاء الخارجي. ^{[ 2 ]} يوجد في الحيز المحيط بالخلية حوالي 15 إلى 60 ليفًا موصلًا للإلكترونات ^{[ 2 ] [ 10 ]} ، بقطر يبلغ حوالي 50  نانومتر، وهي مرئية من الخارج على شكل أضلاع طولية متوازية. تتكون هذه الألياف من بروتينات غنية بالنيكل والكبريت، وهي معزولة كهربائيًا، وتمتد على طول خيط الخلية بالكامل. ^{[ 10 ]}

توجد بكتيريا الكابل عمومًا في الرواسب المختزلة. ^{[ 11 ]} ويمكن أن تتواجد على شكل خيط منفرد أو على شكل تجمعات من الخيوط. ^{[ 11 ]} وقد تم تحديد بكتيريا الكابل على أنها متشابكة مع شعيرات جذور النباتات المائية وتتواجد في منطقة الجذور . ^{[ 11 ]} ويتراوح توزيعها على نطاق واسع من الملوحة؛ فهي موجودة في المياه العذبة، وبحيرات المياه المالحة، والبيئات البحرية. ^{[ 12 ] [ 13 ]} وقد تم تحديد بكتيريا الكابل في مجموعة متنوعة من الظروف المناخية حول العالم، ^{[ 14 ]} بما في ^ذلك الدنمارك ، ^{[ 2 ] [ 6 ]} وهولندا ، ^{[ 15 ]} واليابان ، ^{[ 16 ]} وأستراليا ، ^{[ 17 ]} والولايات المتحدة . [ ^{18 ]}

تفتقر البكتيريا الكابلية إلى الأسواط، لكنها قادرة على الحركة الانزلاقية ^{[ 19 ]} عن طريق دفع نفسها للأمام من خلال إفراز مواد معينة. ^{[ 20 ]} وقد لوحظ أن البكتيريا الكابلية تتحرك بسرعة تصل إلى 2.2  ميكرومتر/ثانية، بمتوسط ​​سرعة 0.5  ميكرومتر/ثانية. ^{[ 19 ]} ولا ترتبط سرعة الحركة في البكتيريا الكابلية بحجمها. ^{[ 19 ]} ويبلغ متوسط ​​المسافة التي تنزلقها البكتيريا الكابلية حوالي 74  ميكرومتر دون انقطاع. ^{[ 19 ]}

تميل خيوط البكتيريا الكابلية إلى الانحناء إلى نصفين، وتتحرك هذه الخيوط انطلاقًا من قمة الانحناء بدلًا من أن ينطلق أحد طرفيها. ^{[ 19 ]} يُعدّ الالتواء للتحرك من خلال الانزلاق الدوراني نادرًا، ولكنه يحدث. ^{[ 19 ]}

من المرجح أن بكتيريا الكابلات تستخدم الانجذاب الكيميائي للأكسجين ، إذ لوحظ أنها تتحرك في البيئات الخالية من الأكسجين أو منخفضة الأكسجين، وتتوقف عن الانزلاق عند ملامستها للأكسجين. ^{[ 19 ]} على الرغم من أهمية الحركة للكائنات الحية الدقيقة الأخرى، إلا أن بكتيريا الكابلات بمجرد وجودها في مكان يربط الأكسجين بالكبريتيد، لم تعد بحاجة إلى الحركة. ^{[ 19 ]} قد يفسر انخفاض الحاجة إلى الحركة سبب احتواء جينوم بكتيريا الكابلات على عدد أقل من الأوبيرونات المتعلقة بالانجذاب الكيميائي مقارنةً ببكتيريا Desulfobulbaceae الأخرى . ^{[ 20 ]}

يبدو أن الجنسين المرشحين لبكتيريا الكابلات، واللذين تم وصفهما حتى الآن: Electrothrix الذي يضم أربعة أنواع مرشحة، ويوجد في الرواسب البحرية أو قليلة الملوحة، و Electronema الذي يضم نوعين مرشحين، ويوجد في رواسب المياه العذبة، يشكلان مجموعة أحادية النمط الخلوي. ^{[ 16 ]} وفي عام 2025، أُضيف إلى جنس Electrothrix نوع جديد موصوف هو Electrothrix yaqonensis . ^{[ 22 ]}

أظهرت مقارنات الحمض النووي الريبوزي 16S أن بكتيريا الكابلات في المياه العذبة والمالحة متشابهة بنسبة 88%. ^{[ 23 ]} تُصنف هذه الأجناس ضمن عائلة Desulfobulbaceae ، شعبة Desulfobacterota . ^{[ 20 ]} تُعرَّف بكتيريا الكابلات بوظيفتها لا بتطورها السلالي، ومن المحتمل اكتشاف المزيد من أنواعها.

تؤثر بكتيريا الكابلات بشكل كبير على الخصائص الجيوكيميائية للبيئة المحيطة. إذ يعزز نشاطها أكسدة الحديد على سطح الرواسب، وترتبط أكاسيد الحديد الناتجة بمركبات الفوسفور ^{[ 24 ]} وكبريتيد الهيدروجين ^{[ 25 ]} ، مما يحد من كمية الفوسفور وكبريتيد الهيدروجين في الماء. ويمكن أن يتسبب الفوسفور في ظاهرة التخثث ، كما أن كبريتيد الهيدروجين سام للحياة البحرية، مما يعني أن بكتيريا الكابلات تلعب دورًا هامًا في الحفاظ على النظم البيئية البحرية في المناطق الساحلية.

يُمكن أن يُؤدي وجود بكتيريا الكابل إلى انخفاض انبعاثات الميثان من التربة المُشبعة. يسمح انتقال الإلكترونات عبر بكتيريا الكابل بموازنة اختزال الكبريتات الذي يحدث في التربة المُغمورة بأكسدة الكبريتيد. وتُصبح الأكسدة ممكنة بفضل إطلاق الإلكترونات عبر خيوط بكتيريا الكابل. ومن خلال هذا التوازن، تبقى الكبريتات مُتاحة بسهولة لبكتيريا اختزال الكبريتات ، التي تتفوق على بكتيريا الميثانوجينات. وهذا يُؤدي إلى انخفاض إنتاج الميثان بواسطة بكتيريا الميثانوجينات. ^{[ 26 ]}

وُجدت بكتيريا الكابلات مرتبطة بخلايا الوقود الميكروبية القاعية ، وهي أجهزة تحوّل الطاقة الكيميائية في قاع المحيط إلى طاقة كهربائية. ^{[ 27 ]} في المستقبل، قد تُسهم بكتيريا الكابلات في زيادة كفاءة خلايا الوقود الميكروبية المستخدمة في البيئات الرسوبية. كما وُجدت هذه البكتيريا مرتبطة بنظام كيميائي حيوي يُحسّن تحلل الرواسب البحرية الملوثة بالهيدروكربونات ^{[ 28 ]} ، وبالتالي قد تُسهم في تقنيات تنظيف بقع النفط مستقبلًا .

• الإلكترونيات القابلة للتحلل الحيوي
• البكتيريا الكهربائية

• وسائط متعلقة ببكتيريا الكابلات على ويكيميديا ​​كومنز