病毒“暗物质”可能有助于减缓气候变化

科学家们对最近发现的5500种海洋RNA病毒进行了深入研究，发现其中几种病毒可能有助于将大气中吸收的碳永久储存在海底。

分析还表明，在这些新发现的物种中，有一小部分从它们感染的生物体中“窃取”了基因，这有助于研究人员确定它们的假定宿主和在海洋过程中的功能。

除了绘制基础生态数据之外，这项研究还使人们更全面地了解这些微小颗粒在海洋生态系统中发挥的巨大作用。

俄亥俄州立大学微生物学研究科学家、该研究的共同第一作者艾哈迈德·扎耶德(Ahmed Zayed)说:“这些发现对模型开发和预测碳在正确的方向和正确的量级上发生了什么很重要。”

考虑到海洋的浩瀚，大小的问题是一个严肃的问题。

该研究的主要作者、俄亥俄州立大学微生物学教授马修·沙利文(Matthew Sullivan)设想，当大规模改造病毒时，可以识别出影响海洋中碳储存方式的生物泵上的可控“旋钮”。

“随着人类向大气中排放更多的碳，我们依赖海洋的巨大缓冲能力来减缓气候变化。我们越来越意识到，我们可能需要在海洋的规模上调整泵，”沙利文说。

“我们对那些可以转向更容易消化的碳的病毒很感兴趣，这种碳可以让系统生长，产生越来越大的细胞，并下沉。如果它沉没了，我们将从气候变化的最坏影响中再获得几百年或1000年。

“我认为社会基本上依赖于这种技术解决方案，但这是一个复杂的基础科学问题。”

这项研究发表在今天(2022年6月9日)的《科学》杂志上。

这些RNA病毒是在塔拉海洋联盟收集的浮游生物样本中检测到的，这是一项正在塔拉纵帆船上进行的关于气候变化对海洋影响的全球研究。这项国际努力旨在通过了解生活在海洋中的神秘生物，可靠地预测海洋将如何应对气候变化，这些生物主要负责吸收大气中一半的人类产生的碳，并产生我们呼吸的一半氧气。

虽然这些海洋病毒不会对人类健康构成威胁，但它们的行为和所有病毒一样，每一种病毒都会感染另一种生物，并利用其细胞机制复制自己。尽管其结果可能总是被认为对宿主有害，但病毒的活动可能对环境有益——例如，有助于驱散有害的藻华。

定义它们在生态系统中的位置的技巧一直是开发计算技术，可以从基因组学标准中很小的基因组片段中诱导出关于RNA病毒功能和宿主的信息。

“我们让数据成为我们的指南，”共同第一作者、沙利文实验室前博士后研究员吉列尔莫·多明格斯-韦尔塔说。

对44000个序列的统计分析揭示了病毒群落结构模式，该团队用于将RNA病毒群落划分为四个生态区:北极、南极、温带和热带上层(最接近地表，光合作用发生的地方)，以及温带和热带中上层(200- 1000米深)。bet188真人这些区域与研究人员之前确定的近20万种海洋DNA病毒的区域分配非常匹配。

有一些惊喜。虽然生物多样性倾向于在赤道附近的温暖地区扩大，而在靠近寒冷的两极地区下降，但扎耶德说，一项基于网络的生态相互作用分析显示，在北极和南极，RNA病毒物种的多样性高于预期。

“说到多样性，病毒并不在乎温度，”他说。“在极地地区，病毒和细胞生命之间有更明显的相互作用。这告诉我们，我们在极地地区看到的高度多样性，基本上是因为我们有更多的病毒物种竞争同一个宿主。我们发现宿主的种类更少，但感染同一宿主的病毒种类更多。”

研究小组使用了几种方法来确定可能的宿主，首先根据海洋浮游生物中病毒的分类推断宿主，然后根据病毒和宿主的数量如何“共变”(因为它们的丰度相互依赖)进行预测。第三种策略是寻找RNA病毒在细胞基因组中整合的证据。

“我们正在研究的病毒不会将自己插入宿主基因组中，但许多病毒会意外地整合到基因组中。当它发生时，这是关于宿主的线索，因为如果你在宿主基因组中发现病毒信号，这是因为在某个时候病毒在细胞内，”Dominguez-Huerta说。

虽然大多数dsDNA病毒已被发现感染海洋中丰富的细菌和古细菌，但这项新的分析发现，RNA病毒主要感染真菌和微生物真核生物，在较小程度上感染无脊椎动物。只有一小部分海洋RNA病毒感染细菌。

分析还意外地发现，在95种RNA病毒中散布着72种功能不同的辅助代谢基因(amg)，这为这些病毒感染哪种生物以及它们试图重新编程何种代谢过程以最大限度地“制造”海洋病毒提供了一些最好的线索。

进一步基于网络的分析确定了1243种与碳输出有关的RNA病毒，非常保守地说，有11种病毒参与了促进碳输出到海底。其中，与藻类家族宿主有关的两种病毒被选为最有希望的后续目标。

“建模已经达到了这样的程度，我们可以从这些大规模的基因组调查中提取大量的基因，并绘制代谢地图，”沙利文说，他也是土木、环境和大地测量工程教授，也是俄亥俄州立大学微生物组科学中心的创始主任。

“我正在设想我们使用amg和这些预计会感染特定宿主的病毒来实际调整我们所需碳的代谢地图。正是通过这种代谢活动，我们可能需要采取行动。”

参考:杜明哲，王志强，王志强，等。全球海洋RNA病毒的多样性和生态足迹。科学．2022, 376(6598): 1202 - 1208。doi:10.1126 / science.abn6358

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