نطاق التلوث المحيطي

وقد تصاعد التلوث في المحيطات إلى أحد أكثر التحديات البيئية إلحاحا في عصرنا، حيث دخل ما يقدر بـ 8 ملايين طن متري من البلاستيك في المحيطات، وهو ما يعادل إلقاء شاحنة قمامة من البلاستيك في البحر كل دقيقة، وفوق البلاستيك، والملوثات الكيميائية من الزراعة، والهروب الصناعي، وأنشطة الشحن، وتسبب التلوث في مبيدات الآفات، والفلزات الثقيلة، ومشتقات النفط في النظم الإيكولوجية البحرية.

لماذا طرق التنظيف التقليدية قصيرة

وتشمل النهج التقليدية لتلوث المحيطات المحركات الميكانيكية للانسكابات النفطية، وجمع الحطام العائم على أساس صاف، وتنظيف الشواطئ، وفي حين أن هذه الأساليب يمكن أن تزيل النفايات الظاهرة، فإنها تكون كثيفة اليد العاملة، ومكلفة، وغير فعالة في كثير من الأحيان في معالجة الملوثات المجهرية أو الملوثات المتأصلة في أعماق البحار، فإن التنظيف الميكانيكي يعمل على مستوى سطحي ولا يمكن أن يخترق عمود المياه أو تقنيات التلوث البحري.

Biotech Solutions: A New Frontier

وتوفر التكنولوجيا الحيوية مجموعة من الأدوات القوية لمكافحة تلوث المحيطات عن طريق زيادة العمليات البيولوجية، وبدلا من مجرد نقل الملوثات أو تركيزها، تهدف حلول التكنولوجيا الحيوية إلى تدهور أو تحويل أو منع التلوث على المستوى الجزيئي، وتشمل المزايا الرئيسية التحديد، وانخفاض الاحتياجات من الطاقة، وإمكانية نظم المعالجة القائمة على الالاكتفاء الذاتي، ونستكشف الآن أكثر المجالات واعدة في مجال الابتكار البيولوجي من أجل تنظيف المحيطات.

الميكروبات المغنّسة جينياً للتحلل البلاستيكي

ومن أكثر التطورات إثارة استخدام الكائنات المجهرية المصممة جينياً لكسر البوليمرات البلاستيكية، وقد علم العلماء منذ عقود أن بعض البكتيريا والفطريات يمكن أن تخفض البوليميرات الطبيعية، ولكن البلاستيك المحتوي على ثاني أكسيد الكربون مثل التليفزيون متعدد الإيثيلين (PET) وتعدد البوليوريثان ظلاً مقاوماً إلى حد كبير.

المعالجة البيولوجية لوحات النفط والمواد الكيميائية

وقد كان التصحاح البيولوجي حجر الزاوية في الاستجابة لانسكابات النفط، حيث كان يمكن أن يؤدي إلى حدوث تغيرات في البكتيريا ذات التحلل الهيدروكربوني، مثل Alcanivorax borkumensis، و، كما أن الباحثين في مجال التحلل البيولوجي قد يوسعون مكونات النفط المحتوية على زيادة في الكتلة الحيوية.

المواد البيولوجية والمركبات الأحيائية

إن التلوث غير ذي أهمية مماثلة لتنظيفه، فالعلم البيولوجي يؤدي إلى تطوير بلاستيك قابل للتحلل الأحيائي مستمد من نجوم زراعة الكتلة الحيوية المتجددة، والزلازل، والغازات المهددة، وتعدد الكبريتات البلاستيكية التي تُستخدم حالياً في إنتاج المواد البلاستيكية ذات التركيز على الكائنات الحية، وحامض البوليتكات، هما مثالان بارزان، حيث ينتج التراكم بواسطة البكتيريا المصممة على أساس الكربون الفرعي، ويُعدّة.

Algae and Phytoremediation

وتحتاج البيوت البحرية والغازات الدقيقة إلى مرشحات طبيعية قوية للتلوث الساحلي، كما أن ماكروالغا مثل أوولفا ، أو ، أو تصعيد الغازات الحية إلى إنتاج الخلايا العائمة، يمكن أن يستوعب الجدوى الفلزية الثقيلة، والنيتروجين، والفوسفور، وحتى بعض الملوثات العضوية المحورة من المياه عن طريق عملية

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

ويتسارع الانتقال من البحوث المختبرية إلى النشر الميداني، وقد انتقلت عدة تطبيقات للتكنولوجيا الحيوية بالفعل إلى ما يتجاوز إثبات المفاهيم في مراحل تجريبية أو تجارية.

إعادة تدوير بلاستيكي من نوع PET

The French company Carbios has developed an enzymatic recycling process that breaks down PET plastics into their original monomers, which can then be repolyized into new, virgin-quality PET. In 2020, they demonstrated a plant-scale reactor using a proprietary engineered PETase variant. This technology address the massive problem of PET waste that would otherwise become ocean debris.

Microbes for Marine Oil Spill Response

وخلال عام 2010، استخدم الباحثون مغذيات محاكاة بيولوجية مضافة لتشجيع البكتيريا المحلية التي تتدهور النفط، مع نجاح قابل للقياس، ومنذ ذلك الحين، قامت شركة للتصدي للطيور النباتية المحدودة بإدراج منتجات للوساطة البيولوجية في مجموعة أدوات الطوارئ الخاصة بها.

Algae-Based Nutrient Capture in Coastal Zones

وفي بحر البلطيق، حيث يتسبب التلوث المغذي في تغذيات شديدة ومناطق ميتة، أظهرت مشاريع تجريبية تستخدم الويد البحري المزروعة () [الزراعة المتعددة الأطياف] أن هناك بعض الأمثلة على النفايات المحولة من الأسماك في البحر.

التحديات التي تواجه التغلب على التحديات

ورغم الوعد الكبير، فإن نشر التكنولوجيات الحيوية لتلوث المحيطات يواجه عدة تحديات هائلة يجب التصدي لها من خلال البحوث والتنظيم الصارمين.

السلامة البيئية والحواجز التنظيمية

إن ترك الكائنات البرية المصممة جينيا في المحيط المفتوح ينطوي على مخاطر تترتب عليها آثار إيكولوجية غير مقصودة، وقد تكون الكائنات المجهرية المتطورة خارج نطاقها، ونقل الجينات الأجنبية عن طريق نقل الجينات الأفقية، أو تعطيل دورات المغذيات، وتحتاج الأطر التنظيمية، مثل تلك التي تنص عليها بروتوكول كارتاخينا للسلامة البيولوجية، إلى تقييم ورصد شاملين للمخاطر قبل أي إطلاق ميداني.

Scalability and Cost

وهناك العديد من الحلول التي تعمل في المختبر أو في الدراسات التجريبية الصغيرة التي تكافح من أجل تحقيق الحجم الاقتصادي.() وتزرع كميات كبيرة من الميكروبات المصممة، وتنتج الأنزيمات على نطاق صناعي، أو تُنشئ مزارع عائمة في المناطق الملوَّثة الكبيرة، وتحتاج إلى استثمارات كبيرة، وتزيد تكلفة الأنزيمات الهندسية للتدهور البلاستيكي حالياً على تكلفة إنتاج مواد كيميائية بديلة، مما يخلق حاجزاً من حيث القيمة الأحيائية.

الرصد والتحقق

ويكتسي التظاهر بأن التدخل في التكنولوجيا الحيوية قد قلل من التلوث بطريقة قابلة للقياس تحديا تقنيا، فالمحيط المفتوح دينامي، والملوثات تتحرك مع التيارات، وتتدهور طبيا، وتختلف بتركيزها بمرور الوقت، ويستلزم رصد مصير الميكروبات الهندسية أو تعقب اختفاء البلاستيك أخذ عينات متطورة، وتتبع جيني، والاستشعار عن بعد بواسطة السواتل، ويقوم الباحثون بوضع بروتوكولات للمقاييس الحمضية والمقاييس المجهرية للكشف عن النشاط.

الاتجاهات المستقبلية والجهود التعاونية

وسيتوقف مستقبل تنظيف المحيطات بواسطة التكنولوجيا الحيوية على التعاون المتعدد التخصصات والتكامل مع التكنولوجيات الأخرى، كما أن أدوات البيولوجيا التركيبية مثل نظام CRISPR يمكن أن تعجل بهندسة الميكروبات مع مسارات تدهور معززة، ويمكن للتعلم الماكين أن يحدد أفضل أنواع التغير في الأنزيمات وأن يتوقّع الآثار الإيكولوجية، فضلا عن الجمع بين النهج البيولوجية والحواجز المادية (مثلا، الازدهار العائمة التي تركز على الحطام القريب من الميبليوم المتطورة)

والمبادرات الدولية مثل حملة برنامج الأمم المتحدة للبيئة للبحار النظيفة وشراكة العمل البلاستيكي العالمي تشجع الحوارات التي تشمل أصحاب المصلحة في التكنولوجيا الحيوية، والشراكات بين القطاعين العام والخاص ضرورية لتمويل الانتقال من البحوث إلى النشر، وتستثمر الشركات المنتجة للبلاستيك باستخدام واحد على نحو متزايد في البدائل القابلة للتحلل البيولوجي وبدء إعادة تدوير الأنزيمات في المراكز البحرية.

كما أن التعليم والمشاركة العامة تؤديان دورا رئيسيا، فالإساءة في الكائنات المحورة جينيا يمكن أن تعوق التبني، فالتواصل عبر الحدود بشأن تقييمات المخاطر واستراتيجيات الاحتواء وفوائد المحيطات النظيفة ستكون حاسمة، ويمكن أن تؤدي النجاحات المبكرة في البيئات الصغيرة المرصدة جيدا (مثل المآوي أو نظم تربية الأحياء المائية المغلقة) إلى بناء الثقة وتبيان الجدوى قبل الانتقال إلى تطبيقات المحيطات المفتوحة.

خاتمة

فالعلم البيولوجي يوفر مجموعة أدوات قوية ومتطورة لمعالجة المشكلة المتعددة الأوجه لتلوث المحيطات، ومن الميكروبات المصممة التي تكسر البلاستيك إلى الطحالب التي ترش المغذيات، توفر هذه النهج بدائل مستدامة لطرائق التنظيف التقليدية التي غالبا ما لا تنقل سوى المشكلة، وتساهم الكائنات الحية المحس َّنة، وإعادة التدوير الانزيم، والمواد ذات القاعدة البيولوجية في رؤية يُمنع فيها التلوث، ومع ذلك، وتتكيف مع الموارد القيمة.