خيارات مطورة لمواجهة التحديات المناخية في السعودية

أبحاث «كاوست» للتكيّف مع آثار التغيّر المناخي في البيئات الصحراوية

تسعى الأبحاث التي تجريها «كاوست» لتقديم حلول علمية لقضايا التغيّر المناخي ضمن «رؤية 2030»
تسعى الأبحاث التي تجريها «كاوست» لتقديم حلول علمية لقضايا التغيّر المناخي ضمن «رؤية 2030»
TT

خيارات مطورة لمواجهة التحديات المناخية في السعودية

تسعى الأبحاث التي تجريها «كاوست» لتقديم حلول علمية لقضايا التغيّر المناخي ضمن «رؤية 2030»
تسعى الأبحاث التي تجريها «كاوست» لتقديم حلول علمية لقضايا التغيّر المناخي ضمن «رؤية 2030»

وضع زعماء العالم قضية التغيّر المناخي بقوة ضمن الأجندة العالمية، إبان انعقاد قمة مجموعة العشرين في الرياض عام 2020. وأكدت توصيات القمة ضرورة التصدي لقضايا الأمن الغذائي، والأمن المائي، وأهمية الدمج بين تخفيف حدة الآثار المترتبة على التغيّر المناخي والتكيّف معه، وكذلك التوصل إلى حلول تعتمد على الطبيعة ومناهج مستقاة من النظم البيئية من جهة أخرى.
مبادرات السعودية
وتزامناً مع عقد الجولة الأخيرة في محادثات التغير المناخي برعاية الأمم المتحدة في دورتها السادسة والعشرين باسكوتلندا هذا العام، أكدت السعودية اهتمامها ضمن رؤيتها 2030 بقضايا البيئة، والطاقة النظيفة، والتغير المناخي. كما رحبت الأمم المتحدة بمبادرتي «السعودية الخضراء»، و«الشرق الأوسط الأخضر» التي أعلنهما ولي العهد السعودي، الأمير محمد بن سلمان، باعتبارهما خطوة كبيرة لحماية البيئة ومواجهة تحديات التغيُّر المناخي.
ويراقب العلماء من شتى بقاع العالم التغيرات في مناخ الأرض في كل منطقة وعلى مستوى النظام المناخي بأكمله، ومن ضمن ذلك المنطقة العربية التي تواجه تحديات بيئية كبيرة مثل أخطار التصحر والعواصف الساحلية وجودة الماء والهواء والحفاظ على التنوع الأحيائي.
وفي المملكة العربية السعودية التي تتصف ببيئة صحراوية ذات مناخ قاحل في الأغلب، ويحدها البحر الأحمر من جهة الغرب، تشير التوقعات المناخية إلى أن المستقبل سوف يشهد مزيداً من الارتفاع في درجات حرارة البحار واليابسة، والإجهاد المائي، والتصحّر. وباعتبارها كانت البلد المضيف لقمة مجموعة العشرين، أدمجت المملكة العربية السعودية أولويات مجموعة العشرين ضمن «رؤية 2030» الطموحة للبلاد. كما تسهم هذه الأولويات في توجيه تركيز الأبحاث التي تجريها جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)، والتي تسعى لتقديم حلول علمية لقضايا التغيّر المناخي. وحيث إن التحديات المناخية التي تواجه المملكة ليست قاصرة عليها وحدها، فسوف تدعم هذه الأبحاث جهود التكيّف التي تبذلها بلدان أخرى ذات مناخ حارّ وجاف.
الطاقة والمياه
يتسبب تغير المناخ والارتفاع الحاد في الطلب على المياه النقية في تفاقم العجز العالمي في المياه التي يحتاج إليها البشر. ومن شأن عمليات تحلية الماء أن تسهم في تخفيف الفجوة في إمدادات المياه. وبوصف المملكة العربية السعودية بلداً صحراوياً قاحلاً، فهي توفّر بالفعل نحو 90 في المائة من إمداداتها المائية عن طريق المياه الجوفية أو من محطات تحلية المياه. ولكن على الرغم من أن عمليات التحلية تعد أحد حلول التكيّف مع مشكلة تغير المناخ، فإنها تُعد أيضاً جزءاً من المشكلة في الوقت نفسه.
يقول البروفسور يوهانس فرووينفيلدير، مدير مركز تحلية وإعادة استخدام المياه في «كاوست»: «يمكن لعمليات التحلية أن تفي باحتياجات السكان من الماء، ولكنها تسهم أيضاً في ازدياد تعداد السكان والتحضر في المناطق الساحلية، إضافة إلى أنها تتطلب كميات مهولة من الطاقة. ويسعى مركز تحلية وإعادة استخدام المياه إلى خفض استهلاك الطاقة وخلق موارد مفيدة من النفايات»، مشيراً إلى أن المركز يتعاون مع كبرى الجهات الفاعلة في قطاع المياه بالسعودية، مثل شركات «أكوا باور» و«المؤسسة العامة لتحلية المياه المالحة»، و«شركة المياه الوطنية»؛ لتحقيق الاستفادة القصوى من أثر الأبحاث التي يقومون بها. وتعتمد أكثر عمليات تحلية المياه شيوعاً على تقنية التناضح العكسي في تنقية مياه البحر من خلال استخدام غشاء شبه نفّاذ. والتناضح العكسي هي طريقة متَّبعة لتنقية المياه بمرورها بعدد من المراحل يفصل بعدها الماء عن الأملاح والمعادن الأخرى.
ويعلّق فرووينفيلدير قائلاً: «يجب الحفاظ على نظافة الغشاء لكي نضمن تدفق المياه عبر النظام، ولكن في الوقت ذاته، يجب أن تستهلك عملية التنظيف أدنى قدر من الطاقة والمواد الكيميائية؛ حتى تتحقق غاية الاستدامة. كما سيتسبب الارتفاع المتزايد في درجات حرارة مياه البحر في إفساد تلك الأغشية، ما سيزيد من استهلاك الطاقة والمواد الكيميائية المستخدمة في عمليات التحلية». ويضيف قائلاً: «نحن بصدد تطوير أساليب فعّالة تمكننا من إعادة استخدام مادة التنظيف لتقليل تسرب المواد الكيميائية». وهذا يؤدى إلى زيادة قدرة عملية التحلية على التعامل مع تغير المناخ، كما يقلل من آثارها السلبية على تغير المناخ.
الزراعة في المستقبل
يقول الدكتور سايمون كراتينجر، عالم النبات بمركز الزراعة الصحراوية في «كاوست»: «تؤثر ندرة المياه أيضاً على الزراعة في السعودية وفي منطقة الخليج بصفة عامة. وبحلول عام 2040، ستصبح ست من دول الخليج السبع ضمن أكثر 10 دول تعاني من الإجهاد المائي في العالم».
ويُعد الأمن المائي أحد التحديات العديدة التي يفرضها تغير المناخ على إنتاج الغذاء. ويقول كراتينجر: «بالرغم من توافر الأبحاث التي درست باستفاضة بعض التهديدات، مثل موجات الجفاف، والفيضانات، والعواصف الشديدة، فإننا نشهد أخيراً تنامي الوعي بتحديات غير مباشرة أكثر». فعلى سبيل المثال، نلاحظ انتقال النطاق الجغرافي لأمراض النباتات إلى مناطق جديدة، أصبحت الآن أكثر دفئاً، ولكنها بطبيعتها غير مؤهلة للتعامل مع مثل هذه الأمراض. ويوضح كراتينجر قائلاً: «إن برامج تحسين النوع النباتي لم تكن في الماضي بحاجة إلى أن تضع في حسبانها آليات مقاومة هذه الأمراض». ويعمل الفريق البحثي الذي يرأسه كراتينجر على تحسين فهم مقاومة محاصيل القمح والشعير للأمراض، على المستويين الجيني والجزيئي، بهدف مساعدة منتجي هذه المحاصيل في الاستجابة سريعاً لمسببات الأمراض الجديدة حال ظهورها.
كما يستخدم كراتينجر وفريقه خبراتهم الوراثية والجزيئية في تحقيق تنوّع أكبر في خيارات المحاصيل في المستقبل.
وتفتقر الزراعة الحديثة إلى التنوّع افتقاراً شديداً؛ حيث تمثل ثلاثة محاصيل فقط - هي الأرز والقمح والذرة - ما يزيد على 50 في المائة من السعرات الحرارية التي يستهلكها الإنسان على مستوى العالم، وذلك على الرغم من توفر أكثر من 30 ألف نوع قابل للأكل. لذا يسعى الفريق إلى تدجين محاصيل جديدة تماماً تكون أكثر قدرة على التكيّف مع أجواء المناخ المستقبلية، إلى جانب تحقيق استفادة أكبر بتكلفة أقل من خلال زيادة إنتاجية المحاصيل باستخدام موارد أقل.
ويمكن أن تثمر الأساليب الحالية عن الإسراع في عملية التدجين. يقول كراتينجر: «إن علم الجينوم، والتحرير الجيني، والأدوات الجزيئية، تتيح الآن تدجين النباتات البرية خلال فترة تترواح بين 10 و15 عاماً. سنبدأ بالنباتات البرية التي تتمتع بقدرة كبيرة على التكيّف مع البيئات الحارّة والجافة والمالحة، وندجنها؛ لتكون قادرة على إنتاج أنواع جديدة من المحاصيل التي يمكن زراعتها بآلية مستدامة في البيئات القاسية». وتبشّر نتائج التجارب التي يجريها الفريق البحثي حالياً على حبوب دخن «الفونيو» المغذية بنجاح استزراعها في البلدان الصحراوية الجافة.
الشعاب المرجانية
يتيح الموقع الذي تشغله «كاوست» على ساحل البحر الأحمر الفرصة لدراسة آليات التكيّف في النظم البيئية البحرية، مثل المانجروف، والأعشاب البحرية، والشعاب المرجانية. فعلى سبيل المثال، يُعرَف المانجروف بقدرته على تخزين الكربون، ما يساعد في التخفيف من حدة التغيّر المناخي، في الوقت الذي يشكل فيه حاجزاً طبيعياً أمام ارتفاع منسوب البحار والعواصف الساحلية، محققاً الحماية للمناطق الحضرية.
كما تؤدي النباتات البحرية دوراً حيوياً في حماية الحيوانات البحرية من الإجهاد الحراري، فعمليات البناء الضوئي التي تقوم بها داخل مياه البحر التي ترتفع درجة حرارتها بمرور الوقت تساعد في تلبية الحاجة المتزايدة للكائنات الساحلية إلى الأكسجين. ويُعد ابيضاض الشعاب المرجانية إحدى الظواهر المهمة المترتبة على تغير المناخ، وهي عملية تنجم عن التعرض للمياه الدافئة لفترات طويلة وارتفاع مستويات المغذيات. وقد تمكن مؤخراً فريق من الباحثين التابعين لـ«كاوست» من دحض الافتراضات السائدة حول الأسس الفسيولوجية التي يعتمد عليها الهولوبيونت المرجاني أثناء حدث الابيضاض، وهو ما سلط الضوء على الحاجة إلى مراقبة كل من حالة المرجان الغذائية وجودة المياه؛ للتعرّف على الشعاب الأكثر عرضة للإصابة بالابيضاض.
ويُقصد بالهولوبيونت أي تجمع لكائن مضيف والكثير من الأنواع الأخرى التي تعيش فيه أو حوله، تشكلوا معاً وحدة بيئية منفصلة.
كما يُبرز هذا الجهد اتجاهاً بحثياً جديداً تتبناه «كاوست»، وهو استخدام المعززات الحيوية (بروبيوتك) الطبيعية في التعامل مع الشعاب المرجانية المعرضة للإجهاد الحراري، التي تدرسها الدكتورة راكيل بيكسوتو - اختصاصية علوم البحار في مركز أبحاث البحر الأحمر - وهو ما من شأنه تعزيز مقاومة الشعاب المرجانية للإجهاد.
وتُعد عملية استعادة الشعاب خياراً جديداً في إطار جهود إصلاح الشعاب المرجانية، ولكنَّ التكاليف مرتفعة والاعتبارات اللوجيستية ضخمة. ويعكف فريق بيكسوتو على دراسة ما إذا كان استخدام المعززات الحيوية للمرجان يمكن أن يساعد في تسريع نموه ومقاومته للظروف غير المواتية وتعزيز جهود استعادة الشعاب المرجانية، أم لا. وإضافة إلى ذلك، يقترح العالم الباحث الدكتور سباستيان شميدت - روخ تبني نهج للسياحة البيئية يشجّع المجتمعات المحلية على الاضطلاع بالبستنة المرجانية في المواقع الساحلية الرئيسية، وذلك بهدف خفض تكلفة المشروع وبناء جبهة مجتمعية داعمة.
تقول بيكسوتو: «على الرغم مما يميّز البحر الأحمر من ارتفاع قدرته على الصمود في وجه ظروف الإجهاد بصفة عامة، فإن هذه الشعاب تتعرض أيضاً للتهديد؛ جراء الآثار المحلية والعالمية التي تتسارع وتيرتها يوماً بعد يوم؛ نتيجة لتزايد النشاط البشري. وعلينا التزام أخلاقي بالإسراع في دراسة وفهم السمات المميزة التي يتحلى بها البحر الأحمر لمقاومة التغيّر المناخي؛ حتى نتمكن من دعم مساعي التكيّف لتلك الأنظمة البيئية الفريدة والحفاظ عليها، وإنشاء معارف يمكن ترجمتها في صورة أدوات لإعادة التأهيل، تُستخدم في العالم أجمع».


مقالات ذات صلة

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

علوم النموذج تم تطويره باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

أنتجت مجموعة من العلماء هيكلاً يشبه إلى حد كبير الجنين البشري، وذلك في المختبر، دون استخدام حيوانات منوية أو بويضات.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم الهياكل الشبيهة بالأجنة البشرية تم إنشاؤها في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء يطورون «نماذج أجنة بشرية» في المختبر

قال فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة إنهم ابتكروا أول هياكل صناعية في العالم شبيهة بالأجنة البشرية باستخدام الخلايا الجذعية.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

تمكنت مجموعة من العلماء من جمع وتحليل الحمض النووي البشري من الهواء في غرفة مزدحمة ومن آثار الأقدام على رمال الشواطئ ومياه المحيطات والأنهار.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
علوم صورة لنموذج يمثل إنسان «نياندرتال» معروضاً في «المتحف الوطني لعصور ما قبل التاريخ» بفرنسا (أ.ف.ب)

دراسة: شكل أنف البشر حالياً تأثر بجينات إنسان «نياندرتال»

أظهرت دراسة جديدة أن شكل أنف الإنسان الحديث قد يكون تأثر جزئياً بالجينات الموروثة من إنسان «نياندرتال».

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

توصلت دراسة جديدة إلى نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات على كوكب الأرض مشيرة إلى أن نظرية «تبلور العقيق المعدني» الشهيرة تعتبر تفسيراً بعيد الاحتمال للغاية.

«الشرق الأوسط» (لندن)

التنشيط الزائد للجهاز المناعي الفطري قد يسبب السرطان

رسم تصويري للإنترفيرون الذي يفرزه نظام المناعة لمحاربة الفيروسات الدخيلة
رسم تصويري للإنترفيرون الذي يفرزه نظام المناعة لمحاربة الفيروسات الدخيلة
TT

التنشيط الزائد للجهاز المناعي الفطري قد يسبب السرطان

رسم تصويري للإنترفيرون الذي يفرزه نظام المناعة لمحاربة الفيروسات الدخيلة
رسم تصويري للإنترفيرون الذي يفرزه نظام المناعة لمحاربة الفيروسات الدخيلة

تؤكد دراسة أميركية جديدة على الدور المزدوج الذي يلعبه الجهاز المناعي الفطري (الطبيعي)، ليس فقط بوصفه حارساً ضد مسببات الأمراض، ولكن أيضاً، من جهة أخرى، بوصفه مساهماً محتملاً في الإصابة بالسرطان عندما يُنشَّط باستمرار بسبب عدم الاستقرار الجيني.

وتلعب الإشارات المناعية عادة دوراً رئيسياً في الحفاظ على استقرار الجينوم خلال تضاعف «الحمض النووي (دي إن إيه - DNA)».

وجاءت نتائج الدراسة لتضيف رؤى حيوية لفهمنا البيولوجيا البشرية الأساسية، كما أنها قد تلقي أيضاً ضوءاً جديداً على بدايات نشوء الورم الخبيث، وتقدم فرصاً محتملة لعلاجات جديدة.

لقد طورت الكائنات الحية مسارات معقدة لاستشعار الحمض النووي التالف وإرسال الإشارات إليه وإصلاحه. وهناك جوانب جديدة حول دور الجهاز المناعي الفطري في الاستجابة للتعامل مع هذا الضرر، سواء في سياق الإصابة بالسرطان، وفي تعزيز صحة الإنسان بشكل عام.

تنشيط الجهاز المناعي... والسرطان

تكشف الدراسة الجديدة، التي قادها المؤلف الأول الدكتور هيكسياو وانغ، من «برنامج البيولوجيا الجزيئية» في «مركز ميموريال سلون كيترينغ للسرطان» الأميركي في نيويورك، ونُشرت في مجلة «Genes & Development» يوم 25 أكتوبر (تشرين الأول) 2024، عن وجود صلة بين الإشارات المناعية الفطرية وتطور الورم في أنسجة الثدي.

وتشير البيانات البحثية إلى أنه عندما ينشأ عدم الاستقرار في الجينوم، فإن التنشيط المزمن للجهاز المناعي الفطري يمكن أن يزيد بشكل كبير من احتمالات الإصابة بالسرطان.

وركزت الدراسة على مركب بروتيني معقد يسمى «مركب بروتين إصلاح كسور الحمض النووي (دي إن إيه) مزدوج السلسلة (Double-strand break repair protein Mre11)»، وهو إنزيم يرمَّز في البشر بواسطة الجين «MRE11» الذي يلعب دوراً محورياً في الحفاظ على استقرار الجينوم من خلال استشعار وإصلاح «كسور الحمض النووي مزدوج السلسلة».

طفرة بروتينية وتطور الورم

ولدراسة كيف يمكن أن تؤدي المشكلات المتعلقة بهذا البروتين إلى الإصابة بالسرطان، تلاعب الفريق بنسخ من البروتين في «عضويات الأنسجة الثديية (وهي أعضاء نموذجية مصغرة مزروعة في المختبر)»، وقد زُرعت في فئران المختبر.

* تطور الورم: عندما نُشّطت الجينات السرطانية، طورت الفئران التي تحتوي عضويات تحمل «مركب بروتين إصلاح» متحولة مختبرياً، أوراماً بمعدل أعلى بكثير (نحو 40 في المائه) مقارنة بنحو 5 في المائة فقط لدى الفئران الطبيعية. ويؤكد هذا الاختلاف الصارخ على دور «مركب بروتين الإصلاح» في الحفاظ على الاستقرار الجينومي وقمع تكوّن الورم.

* عدوانية الورم: كانت الأورام التي نشأت لدى الفئران التي تحتوي عضويات تحمل «مركب بروتين إصلاح» متحولة، أكثر عدوانية بشكل ملحوظ من تلك الموجودة لدى نظيراتها الطبيعية. وهذا يشير إلى أن فقدان، أو طفرة، «مركب بروتين الإصلاح» لا يزيدان فقط من احتمالية بدء السرطان، ولكنهما قد يساهمان أيضاً في ظهور نمط سرطاني أكثر توغلاً أو سريع التقدم.

كما توفر هذه النتائج رابطاً واضحاً بين أوجه القصور في «مركب بروتين الإصلاح» وعدم الاستقرار الجيني وارتفاع خطر الإصابة بالسرطان؛ مما يسلط الضوء على الدور الحاسم الذي يلعبه المركب في الحماية من تطور الورم. وقد يساعد فهم هذه العلاقة في إعداد استراتيجيات علاجية محتملة لاستهداف ضغوط التكاثر السرطاني ومسارات تنشيط المناعة في تلك السرطانات المرتبطة بخلل في عمل «مركب بروتين الإصلاح».

نقص البروتين يهدد الجينوم

يعتمد هذا البحث الجديد على دراسة سابقة قادها الدكتور كريستوفر واردلو من «برنامج علم الأحياء الجزيئي» في «مركز ميموريال سلون كيترينغ للسرطان» التي نشرت في مجلة «Nature Communications» يوم 10 أكتوبر (تشرين الأول) عام 2022.

وركزت تلك الدراسة على دور «مركب بروتين الإصلاح» في الحفاظ على سلامة الجينوم. ووجدت أنه عندما يكون المركب غير نشط أو ناقصاً فإنه يؤدي إلى تراكم الحمض النووي في سيتوبلازم الخلايا، وتنشيط الإشارات المناعية الفطرية. وكشف هذا الجانب من البحث عن ارتباط مهم بين طفرات «المركب» وتنشيط الاستجابة المناعية.

وأدى «المركب المتحور» إلى زيادة تنشيط الجينات المحفزة بالإنترفيرون (ISGs) وهو ما يشير إلى أنه عندما يكون المركب غير فعال فإن الجهاز المناعي الفطري يُنشَّط بشكل غير طبيعي، حتى في غياب محفز فيروسي أو مسبب للأمراض خارجي نموذجي.

والإنترفيرونات جزيئات إشارات تطلقها الخلايا عادة استجابة للعدوى الفيروسية والتحديات المناعية والضغوط الخلوية، ويشير تنشيطها في سياق طفرات «مركب بروتين الإصلاح» إلى أن الخلية تدرك عدم الاستقرار الجيني بوصفه شكلاً من أشكال الإجهاد يتطلب استجابة مناعية.

إمكانات العلاج

وقد سلطت هاتان الدراستان (وغيرهما) معاً ضوءاً جديداً على كيفية عمل «مركب بروتين الإصلاح» لحماية الجينوم عند تكاثر الخلايا، وكيف أنه يمكن عندما لا يعمل بشكل صحيح أن يحفز الجهاز المناعي الفطري بطرق يمكن أن تعزز السرطان.

وقد يؤدي فهم هذه الآليات إلى استراتيجيات تخفف من «تنشيط المناعة المزمن»، مما قد يمنع تطور الأورام، أو يقدم طرقاً علاجية جديدة، كما يفتح طريقاً واعدة للعلاجات التي قد تمنع سوء التنظيم الجيني، أو تخفف من الاستجابات المناعية الضارة.