أهمية وسمية المعادن الثقيلة

الكثير من دلائل تشير ان ليس كل المعادن الثقيلة مضرة للأحياء، اضافة الى انه ليست كل المعادن الثقيلة متوفرة في الأنظمة البيئية. ولغرض ان تكون متوفرة في الانظمة الحيوية دون احداث اضرار يجب ان تكون متوفرة في البيئة بمستوى نانو مول، فعند وجود تركيز نانو مول واحد في بيئة مزارع خلايا بكتريه تعدادها 10 ⁹ خلية / مللتر فهذا يعني ان الخلية الواحدة يمكن ان تستلم حوالي 600 ايون، ولكن المعادن الثقيلة توجد بتراكيز قليلة، كما ان العديد منها لا يستعمل في العمليات الحيوية الأساسية وانما تستعمل لأغراض خاصة، وتبعا لذلك وخاصة عند وجود تراكيز واطئة فانه لا يشجع الخلايا عامة على تطوير انظمة وجينات لإزالة سميتها والتخلص منها. والمعادن عادة توجد في القشرة الارضية وكلما زاد العدد الذري لها وثقلت ذراتها قلت احتمالية انتشارها في القشرة الارضية وبالتالي قلت احتمالية تطور الاحياء لاستخدامها الا بعض الاستثناءات ومنها :

• وجود الحديد بكثرة بغض النظر عن كتلته الذرية العالية.
• العناصر مثل الليثيوم Li والبريليوم Be والبورون B بالرغم من قلة كتلتها الذرية فهي قليلة الانتشار.
• هناك بعض خامات المعادن الثقيلة ذات الانوية الثابتة تتكون بكميات كبيرة من معادن ثقيلة اخرى.

وبما ان الحياة تعتمد على الماء لذا فان المعادن الثقيلة حتى تدخل الانظمة الحيوية يجب ان تكون ذائبة في الماء ولكن أكثر الايونات ثلاثية ورباعية التكافؤ تكون قليلة الذوبان في الماء. ويقاس مستوى المعدن فيما اذا كان عاليا او واطئا بالرجوع الى مياه المحيط الذي يمثل مستقر المواد على الأرض وأهمية المعادن الثقيلة من ناحية السمية تعتمد على :

• الذوبان في الماء تحت الظروف الفسلجية.
• الألفة للكبريت والتداخل مع الجزيئات الحيوية.

ولذلك تقسم المعادن اعتمادا على صفة السمية الى عدة مجاميع :

• معادن مهمة من الناحية الحيوية وتكون سميتها قليلة مثل الحديد والموليبدنم والمنغنيز والمغنيسيوم.
• معادن لها أهمية حيوية متوسطة وتكون سامة بتراكيز عالية مثل الكروم والتنكستن والنحاس والنيكل والزنك.
• عناصر ليس لها وظائف حيوية وانما تعد سامة للخلايا ومنها الزرنيخ، الفضة، الانتيمون، والكادميوم، الزئبق، الرصاص، واليورانيوم.

تؤثر المعادن الثقيلة على الاحياء العادية وتجعلها تحت ظروف الاجهاد، وأول التأثيرات هو تدمير الأغشية الخلوية عندما تزداد تراكيزها عن MIC للكائن، وأول التغييرات التي تحصل هو دفق ايونات البوتاسيوم الى خارج الخلايا، وعادة يكون تأثير المعادن متداخلا مع العوامل الاخرى مثل الارقام الهيدروجينية والحرارة المرتفعة وتكون الخلايا المتطبعة أكثر تحملا لتداخل هذه الظروف مثل Ps . putida والظروف الاخرى التي تشذ عن الحدود المثلى تؤدي الى زيادة النظير Trans في الحوامض الدهنية في دهون الأغشية على حساب النظير Cis في الحوامض الدهنية الحاوية على اصرة واحدة غير مشبعة في كما تم تبيانه سابقاً. وتحث المعادن الثقيلة هذه الزيادة بشكل مشابه لتأثير الكحول والتولوين والمذيبات الاخرى في Ps . putida ، لذلك يلاحظ ان الخلايا المتطبعة لمثل هذه العوامل لا تتأثر كثيرا عند زيادة تراكيز المعادن الثقيلة ويمكن ملاحظة تأثير التلوث على الحوامض الدهنية في الدهون الفوسفاتية عند تلوث التربة في الجدول (1).

جدول 1 : تأثير التلوث الحوامض الدهنية في Ps. Putida

ويلاحظ زيادة الحامض الدهني 10Me18 : 0 في التربة وهذا يعني زيادة الاكتينومايسيتات في الترب الملوثة اذ ان هذا الحامض الدهني يخص هذه المجموعة.

اما الحامض الدهني 18 : 1ω7 و Cyc17 : 0 تكون خاصة بالبكتريا السالبة لصبغة كرام والتي تزداد عند التلوث. والحوامض الدهنية 18 : 1ω9 , 10Me16 : 0 , i15 : 0 تكون خاصة بالبكتريا الموجبة لصبغة كرام والتي تقل في الترب الملوثة. ومما يزيد من أهمية الحوامض الدهنية عند الاخذ بنظر الاعتبار التوزيع الفراغي لها فزيادة النظير Trans الى Cis في الحوامض الدهنية مثل تغيير الحوامض 18 : 1ω7 , 16 : 1ω7 للعديد من البكتريا يشير الى ان هناك اجهادات بيئية مثل وجود المعادن الثقيلة او حدوث مجاعة.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .