$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تعد بحيرة بوني واحدة من العديد من البحيرات المغطاة بالجليد بشكل دائم والموجودة في وديان مكموردو الجافة في القارة القطبية الجنوبية. يحافظ الغطاء الجليدي الدائم على عمود مياه متدرج كيميائياً، وبخلاف المسطحات المائية الداخلية الأخرى، فإنه يمنع إلى حد كبير المدخلات الخارجية من الكربون والمغذيات القادمة من الجداول المائية. وتتعرض الكائنات الحية لضغوط بيئية عديدة، بما في ذلك النقص الحاد في المغذيات على مدار العام، وانخفاض درجات الحرارة، والظلال الكثيفة، والملوحة المفرطة، والظلام الدامس لمدة 24 ساعة خلال فصل الشتاء 1. وتحد هذه الظروف البيئية القاسية من الكائنات الحية في بحيرة بوني لتقتصر بشكل شبه حصري على الكائنات الدقيقة 2.
تعد حقيقيات النوى الميكروبية وحيدة الخلية (والتي تسمى "الطلائعيات") عناصر مهمة في الدورات البيوجيوكيميائية العالمية 3، وتلعب أدواراً إيكولوجية هامة في دورة الكربون في بحيرات الوديان الجافة، حيث تشغل أدواراً أولية وثالثية في الشبكة الغذائية المائية. وفي الشبكة الغذائية المائية للوديان الجافة، تكون الطلائعيات التي تثبت الكربون غير العضوي (التغذية الذاتية) هي المنتجات الرئيسية للكربون العضوي للكائنات ذات التغذية العضوية 4, 2. أما الطلائعيات البالعة أو غير ذاتية التغذية القادرة على ابتلاع البكتيريا والطلائعيات الأصغر حجماً، فهي تعمل كالمفترسات العليا في الشبكة الغذائية 5. وأخيراً، هناك نسبة غير معروفة من مجتمع الطلائعيات قادرة على التمثيل الغذائي المختلط المشترك 6, 7. تتضمن التغذية المختلطة في الطلائعيات القدرة على الجمع بين القدرة على التمثيل الضوئي والابتلاع البالعي للكائنات المجهرية الفريسة. ويختلف هذا الشكل من التغذية المختلطة عن التمثيل الغذائي المختلط في الأنواع البكتيرية، الذي يتضمن عموماً امتصاص جزيئات الكربون الذائبة. حالياً، يوجد عدد قليل جداً من عزلات الطلائعيات من البحيرات القطبية المغطاة بالجليد بشكل دائم، وكانت الدراسات حول تنوع الطلائعيات وإيكولوجيتها في هذه البيئة القاسية محدودة 8, 4, 9, 10, 5. إن الفهم الأفضل للتنوع الأيضي للطلائعيات في الشبكة الغذائية البسيطة لبحيرات الوديان الجافة سيساعد في تطوير نماذج لدور الطلائعيات في دورة الكربون العالمية.
لقد استخدمنا نهج استزراع الإثراء لعزل الطلائعيات التي يُحتمل أن تكون ذات تغذية ضوئية أو تغذية مختلطة من بحيرة بوني. وقد تم اختيار أعماق أخذ العينات في العمود المائي بناءً على مواقع الحد الأقصى للإنتاج الأولي والتنوع السلالي للطلائعيات 4, 11، بالإضافة إلى التباين في العوامل غير الحيوية الرئيسية التي تؤثر على أنماط التغذية في الطلائعيات: فأعماق أخذ العينات الضحلة تكون محدودة من حيث المغذيات الرئيسية، بينما تكون أعماق أخذ العينات الأكثر عمقاً محدودة بتوفر الضوء. بالإضافة إلى ذلك، تم تدعيم عينات مياه البحيرة بأنواع متعددة من أوساط النمو لتحفيز نمو مجموعة متنوعة من الكائنات ذات التغذية الضوئية.
يعمل إنزيم RubisCO كحافز للخطوة المحددة لمعدل التفاعل في دورة كالفن-بنسون-بشام (CBB)، وهي المسار الرئيسي الذي تثبت من خلاله الكائنات ذاتية التغذية الكربون غير العضوي وتوفر الكربون العضوي للمستويات الغذائية الأعلى في الشبكات الغذائية المائية والبرية 12. في هذه الدراسة، طبقنا مقايسة بالنظائر المشعة معدلة للعينات المرشحة 13 لرصد أقصى نشاط لإنزيم الكربوكسيلاز كمؤشر لإمكانية تثبيت الكربون والتنوع الأيضي في مزارع الإثراء من بحيرة بوني.