Новости

May 03, 2023

Морские вирусы: подводные игроки изменения климата

9 июня 2023 г. Эта статья

9 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Американское общество микробиологии

В то время как мир был сосредоточен на обычных факторах глобального изменения климата, таких как ископаемое топливо и вырубка лесов, из глубин океана появилась группа маловероятных претендентов — морские вирусы. Эти крошечные, но могущественные существа теперь привлекают всеобщее внимание, поскольку ученые выясняют их глубокое влияние на климат нашей планеты.

Имея армию, насчитывающую примерно 1030 вирусных частиц, морские вирусы управляют обширными просторами океана благодаря своему удивительному разнообразию. Их присутствие так или иначе влияет на все водные организмы, будь то бактерии, водоросли, протисты или рыбы. До сих пор неизвестно, является ли суммарное воздействие морских вирусов на изменение климата положительным или отрицательным. Однако все больше свидетельств трудно игнорировать: морские вирусы обладают преобразующей силой, способной изменить саму ткань морской экосистемы, а их влияние на биогеохимические циклы далеко не незаметно.

Бактериофаги (или просто фаги) — вирусы, поражающие бактерии, — являются доминирующими вирусами в океане. При заражении фаги заставляют своих незадачливых бактериальных хозяев разрываться посредством процесса, известного как вирусный лизис, тем самым высвобождая питательные вещества и органические вещества в окружающую морскую воду. Это явление, известное как вирусное шунтирование, отвлекает микробную биомассу от вторичных потребителей в пищевой сети, таких как планктон и рыба, в пул растворенного органического вещества, которое в первую очередь потребляется гетеротрофными бактериями.

Когда бактерии умирают и подвергаются разложению, их органическое вещество может внести свой вклад либо в пул твердых частиц органического вещества (ПОМ), либо в растворенное органическое вещество (РОВ). ПОМ состоит из сложных структур и с трудом разрушается морскими микробами. Следовательно, его часто переносят в более глубокие части океана. Однако РОВ легче усваивается микробами и поэтому включается в их биомассу. По мере увеличения микробной биомассы в океане она становится источником питания для организмов более высоких трофических уровней, включая планктон, который, в свою очередь, служит добычей рыб.

Но фаги также могут охотиться на эти микробы. Подсчитано, что фаги ежедневно убивают от 10 до 20% гетеротрофных бактерий и от 5 до 10% автотрофных бактерий в океане, что приводит к значительному высвобождению углерода, питательных веществ и других микроэлементов в микробную пищевую сеть. Растворенное органическое вещество, в свою очередь, вызывает бактериальный пир, поскольку микробы охотно поглощают новые доступные питательные вещества и углерод, ограничивая их проход через более высокие трофические уровни. Следовательно, вирусный лизис способствует бактериальному дыханию, которое удерживает углерод в океанах, а не высвобождает его в атмосферу. Таким образом, фаги косвенно помогают улавливать примерно 3 гигатонны углерода в год.

Вирусный лизис также играет решающую роль в высвобождении других жизненно важных питательных веществ в микробную пищевую сеть океана, таких как азот и фосфор, которые инкапсулированы в бактериальные клетки в форме нуклеиновых кислот и аминокислот. Эти богатые питательными веществами соединения стимулируют рост и метаболическую активность и служат ценным ресурсом как для гетеротрофных, так и для автотрофных микробов.

Фаги также могут изменять углеродный цикл, изменяя метаболизм цианобактерий, одного из основных игроков в глобальной фиксации CO2. Например, исследователи обнаружили, что цианофаги, заражающие Synechococcus sp. изменить фотосинтез хозяина, максимизируя выработку энергии, но подавляя фиксацию CO2. Однако более широкие последствия этого явления на уровне экосистем остаются загадочными, представляя собой важнейшую область, созревшую для будущих исследований.