كلوريلا

يحدث التكاثر عن طريق تكوين الأبواغ الذاتية ؛ ولا يُعرف أن طحلب الكلوريلا يُنتج الأبواغ المتحركة أو الأمشاج . ^{[ 1 ]} في عملية التبوغ الذاتي، ينقسم محتوى الخلية إلى اثنين أو أربعة أو أحيانًا ثمانية بروتوبلاستات . يستدير كل بروتوبلاست ابنة، وينفصل عن جدار الخلية الأم. عند انفصاله، ينمو كل بوغ ذاتي ليصبح فردًا جديدًا. قد تبقى الخلية الابنة ملتصقة بجدار الخلية الأم، مُشكلةً بذلك مستعمرات من الخلايا. ^{[ 1 ]} يُعتبر وجود الكبريت في وسط الاستنبات ضروريًا لانقسام الخلايا. يحدث الانقسام حتى في الظلام باستخدام الكبريت وحده كمادة أساسية، ولكن في ظروف الإضاءة، يُضاف النيتروجين أيضًا. أبلغ بيرسال ولوس (1937) ^{[ 5 ]} عن وجود خلايا متحركة في طحلب الكلوريلا . كما لاحظ بنديكس (1964) ^{[ 6 ]} أن طحلب الكلوريلا يُنتج خلايا متحركة قد تكون أمشاجًا. لهذه الملاحظات تأثير هام على مفهوم دورة حياة طحلب الكلوريلا، والذي يعتبر في الوقت الحاضر لا جنسيًا بشكل صارم.

تمت دراسة التكاثر اللاجنسي في طحلب الكلوريلا الإليبسويدس بالتفصيل، وتمت ملاحظة المراحل الأربع التالية أثناء التكاثر اللاجنسي.

1. مرحلة النمو: خلال هذه المرحلة، تنمو الخلايا في الحجم عن طريق استخدام نواتج عملية التمثيل الضوئي.
2. مرحلة النضج: في هذه المرحلة تنضج الخلايا وتستعد للانقسام.
3. مرحلة ما بعد النضج: خلال هذه المرحلة، تنقسم كل خلية ناضجة مرتين، إما في الظلام أو في الضوء. تُعرف الخلايا المتكونة في الظلام باسم خلايا مرحلة الانتقال من الظلام إلى الضوء، ثم تنمو الخلايا مرة أخرى في الحجم.
4. مرحلة الانقسام: خلال هذه المرحلة، يتمزق جدار الخلية الأم ويتم إطلاق الخلايا المفردة.

تُعدّ مجموعة من أنواع الكلوريلا غير المُسماة ، والتي لا يُعرف عنها سوى أسماء سلالاتها مثل K10، كائنات تكافلية داخلية تقوم بعملية التمثيل الضوئي في حيوان الهيدرا الخضراء (أو بشكل أوسع، في مجموعة "الهيدرا الخضراء" بأكملها) وفي الهدبيات Pseudoblepharisma tenue . ^{[ 7 ]} تمّ تسلسل جينوم سلالة تُسمى A99، والمرتبطة بالهيدرا الخضراء A99، في عام 2018. ومن بين جميع أنواع الكلوريلا التي توفرت جينوماتها الكاملة في ذلك الوقت، تُعدّ A99 الأكثر تشابهًا مع C. variabilis . ^{[ 8 ]} من ناحية أخرى، تبدو سلالة K10 أقرب إلى C. vulgaris استنادًا إلى تسلسل الحمض النووي الريبوزي 18S وجين rbcL . ^{[ 9 ]}

في أعقاب المخاوف العالمية من طفرة سكانية بشرية لا يمكن السيطرة عليها خلال أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات من القرن العشرين، نُظر إلى طحلب الكلوريلا كمصدر غذائي أساسي جديد وواعد، وكحل محتمل لأزمة الجوع العالمية آنذاك. اعتقد كثيرون في ذلك الوقت أن الجوع سيصبح مشكلة عويصة، ورأوا في الكلوريلا وسيلةً لإنهاء هذه الأزمة بتوفير كميات كبيرة من الغذاء عالي الجودة بتكلفة منخفضة نسبيًا. ^{[ 15 ]}

بدأت العديد من المؤسسات البحثية في مجال الطحالب، بما في ذلك مؤسسة كارنيجي ، ومؤسسة روكفلر ، والمعاهد الوطنية للصحة ، وجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وهيئة الطاقة الذرية ، وجامعة ستانفورد . بعد الحرب العالمية الثانية ، عانى الكثير من الأوروبيين من المجاعة، وعزا العديد من أتباع مذهب مالتوس ذلك ليس فقط إلى الحرب، بل أيضًا إلى عجز العالم عن إنتاج ما يكفي من الغذاء لإعالة السكان المتزايدين. ووفقًا لتقرير صادر عن منظمة الأغذية والزراعة (الفاو) عام 1946 ، كان العالم بحاجة إلى إنتاج ما بين 25 و35% غذاءً إضافيًا عام 1960 مقارنةً بعام 1939 لمواكبة النمو السكاني، بينما تتطلب التحسينات الصحية زيادة تتراوح بين 90 و100%. ^{[ 15 ]} ونظرًا لارتفاع تكلفة إنتاج اللحوم واستهلاكها الكبير للطاقة، شكّل نقص البروتين مشكلةً أيضًا. ولم يكن توسيع المساحات المزروعة وحده كافيًا لتوفير التغذية الكافية للسكان. حسبت وزارة الزراعة الأمريكية أنه لتوفير الغذاء لسكان الولايات المتحدة بحلول عام 1975، كان لا بد من إضافة 200 مليون فدان (800 ألف  كيلومتر ^مربع ) من الأراضي، لكن لم يكن متاحًا سوى 45 مليون فدان. وكان أحد الحلول لمواجهة النقص الغذائي الوطني هو زيادة الأراضي المتاحة للمزارعين، إلا أن الأراضي الزراعية والحدودية الأمريكية قد تلاشت منذ زمن طويل في ظل التوسع العمراني والتوسع الحضري. واعتمدت الآمال كليًا على التقنيات الزراعية الحديثة. وبسبب هذه الظروف، برزت الحاجة إلى حل بديل.

لمواجهة الطفرة السكانية المتوقعة بعد الحرب في الولايات المتحدة وغيرها، قرر الباحثون استغلال الموارد البحرية غير المستغلة. أظهرت الاختبارات الأولية التي أجراها معهد ستانفورد للأبحاث أن طحلب الكلوريلا (عند نموه في ظروف دافئة ومشمسة وضحلة) قادر على تحويل 20% من الطاقة الشمسية إلى نبات يحتوي، عند تجفيفه، على 50% بروتين. ^{[ 15 ]} إضافةً إلى ذلك، يحتوي الكلوريلا على دهون وفيتامينات. تسمح كفاءة التمثيل الضوئي لهذا النبات بإنتاج كمية بروتين أكبر لكل وحدة مساحة مقارنةً بأي نبات آخر - فقد توقع أحد العلماء إمكانية إنتاج 10,000 طن من البروتين سنويًا باستخدام 20 عاملًا فقط في مزرعة كلوريلا مساحتها 1000 فدان (4 كيلومترات ^مربعة ) . ^{[ 15 ]} حظيت الأبحاث التجريبية التي أُجريت في ستانفورد وغيرها بتغطية إعلامية واسعة من الصحفيين والصحف، إلا أنها لم تُفضِ إلى إنتاج الطحالب على نطاق واسع. بدا الكلوريلا خيارًا واعدًا نظرًا للتقدم التكنولوجي في الزراعة آنذاك والإشادة الواسعة التي حظي بها من الخبراء والعلماء الذين درسوه. بل إن باحثي الطحالب كانوا يأملون في إضافة مسحوق الكلوريلا المتعادل إلى المنتجات الغذائية التقليدية، كوسيلة لتدعيمها بالفيتامينات والمعادن. ^{[ 15 ]}

عندما نُشرت النتائج المخبرية الأولية، أيّد المجتمع العلمي في البداية إمكانيات طحلب الكلوريلا . وأشادت مجلة "ساينس نيوز ليتر " بالنتائج المتفائلة في مقال بعنوان "الطحالب لإطعام الجياع". وذكر جون بورلو، محرر كتاب " زراعة الطحالب: من المختبر إلى المصنع التجريبي " الصادر عن مؤسسة كارنيجي في واشنطن ، أن "زراعة الطحالب قد تلبي حاجة حقيقية للغاية" ^{[ 16 ]} ، وهو ما حوّلته "ساينس نيوز ليتر" إلى "سيتم إنقاذ سكان العالم في المستقبل من المجاعة من خلال إنتاج طحالب محسّنة أو مُطوّرة مرتبطة بالرغوة الخضراء في البرك". كما ظهر على غلاف المجلة مختبر آرثر دي ليتل في كامبريدج، والذي كان يُفترض أنه مصنع غذائي مستقبلي. وبعد بضع سنوات، نشرت المجلة مقالًا بعنوان "عشاء الغد"، جاء فيه: "ليس لدى العلماء أدنى شك في أن مزارع المستقبل ستكون في الواقع مصانع". كما ذكرت مجلة "ساينس دايجست " أن "رغوة البرك الشائعة ستصبح قريبًا أهم محصول زراعي في العالم". ومع ذلك، في العقود التي تلت تلك الادعاءات، لم تتم زراعة الطحالب على نطاق واسع.

منذ أن تم حل مشكلة الغذاء العالمية المتفاقمة في أربعينيات القرن الماضي بفضل تحسين كفاءة المحاصيل وغيرها من التطورات في الزراعة التقليدية، لم تشهد طحالب الكلوريلا نفس الاهتمام الشعبي والعلمي الذي حظيت به في تلك الفترة. ولا تزال سوق الكلوريلا محدودة للغاية بالنسبة للشركات التي تروج لها كمكمل غذائي. ^{[ 15 ]}

صعوبات الإنتاج

أُجريت الأبحاث التجريبية في المختبرات، بدلاً من الحقول، واكتشف العلماء أن إنتاج طحلب الكلوريلا أصعب بكثير مما كان يُعتقد سابقاً. ولضمان فعاليته، كان لا بد من وضع الطحالب المزروعة إما تحت إضاءة اصطناعية أو في الظل لتحقيق أقصى كفاءة في عملية التمثيل الضوئي. إضافةً إلى ذلك، لكي يكون إنتاج الكلوريلا بالمستوى المطلوب عالمياً، كان لا بد من زراعته في مياه مكربنة ، مما كان سيرفع تكلفة الإنتاج بملايين الدولارات. كما تطلّب حصاد المحصول عملية معقدة وتكلفة إضافية، ولكي يصبح الكلوريلا مصدراً غذائياً قابلاً للاستخدام، كان لا بد من طحن جدران خلاياه. لم يكن بإمكان النبات الوصول إلى إمكاناته الغذائية الكاملة إلا في بيئات اصطناعية مُعدّلة بشكل كبير. وشكّل تطوير منتجات غذائية مستساغة من الكلوريلا مشكلة أخرى. ^{[ 17 ]}

على الرغم من أن إنتاج الكلوريلا بدا واعدًا واعتمد على تقنيات مبتكرة، إلا أنه لم يُزرع حتى الآن على النطاق الذي توقعه البعض. ولم يُباع على نطاق واسع مثل السبيرولينا أو منتجات فول الصويا أو الحبوب الكاملة. وظلت التكاليف مرتفعة، واقتصر بيع الكلوريلا في الغالب على كونه غذاءً صحيًا أو منتجًا لمستحضرات التجميل أو علفًا للحيوانات . ^{[ 17 ]} بعد عقد من التجارب، أظهرت الدراسات أن الكلوريلا ، بعد تعرضها لأشعة الشمس، لم تمتص سوى 2.5% من الطاقة الشمسية، وهو ما لا يفوق بكثير ما تمتصه المحاصيل التقليدية. ^{[ 15 ]} كما وجد العلماء في ستينيات القرن الماضي أن هضم الكلوريلا في حالتها الطبيعية مستحيل على البشر والحيوانات الأخرى بسبب جدران خلاياها الصلبة التي تغلف العناصر الغذائية، مما شكل مزيدًا من المشاكل لاستخدامها في إنتاج الغذاء الأمريكي. ^{[ 15 ]}