东方时讯网科学家最近发现，对5,500种海洋RNA病毒种类的多样性进行了深入研究，发现其中几种可能有助于将从大气中吸收的碳永久储存在海底。由俄亥俄州立大学的一个团队领导的分析结果还表明，这些新发现的物种中的一小部分从它们感染的生物体中“窃取”了基因，帮助研究人员识别它们的假定宿主和在海洋过程中的功能。
除了绘制大量基础生态数据之外，这项研究还可以让科学家更全面地了解这些病毒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、该团队研究报告的共同第一作者艾哈迈德·扎耶德博士说：“这些发现对于模型开发和预测碳在正确方向和正确量级上发生的情况非常重要。”发表在《科学》杂志上的报告。
考虑到海洋的浩瀚，大小问题是一个需要认真考虑的问题。主要作者、俄亥俄州立大学微生物学教授马修·沙利文(MatthewSullivan)设想识别出病毒，当大规模改造时，这些病毒可以充当生物泵上的可控“旋钮”，影响海洋中碳的储存方式。“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，”沙利文说。“我们越来越意识到我们可能需要在海洋规模上调整泵。我们对能够调整为更容易消化的碳的病毒感兴趣，这使得系统能够生长、产生越来越大的细胞并下沉。而如果它沉没了，我们从气候变化最严重的影响中又获得了几百年或一千年的时间。我认为社会基本上依赖于这种技术修复，但这是一个需要梳理的复杂的基础科学问题。”
Zayed、Sullivan及其同事在一篇题为“全球海洋RNA病毒的多样性和生态足迹”的论文中描述了他们的研究。
作者解释说，海洋以浮游生物群落为主，这些浮游生物群落对于维持地球生命至关重要。“浮游生物位于海洋和陆地生物食物网的基础，驱动着行星生物地球化学循环。”研究小组继续说道，海洋浮游生物也是生物碳泵的核心，“……因为它们的活动决定了溶解的二氧化碳是否被同化为可以隔离到深海或在地表水中回收并可能释放到大气中的生物质。”
研究小组指出，浮游生物很容易受到病毒感染，而且人们越来越认识到DNA病毒会影响海洋微生物和微生物介导的生物地球化学循环。然而，人们对全球海洋RNA病毒的多样性、生态学和生态系统作用知之甚少。研究人员继续说道：“尽管越来越多的文献表明RNA病毒可能是生物地球化学背后的主要力量，但获得经验数据仍然具有挑战性。”“最近的实验工作旨在评估DNA病毒如何影响小范围的海洋碳输出。我们试图通过RNA病毒的全球海洋评估来补充这些努力，使用先前开发的机器学习和生态系统建模方法来通过计算机评估RNA病毒是否可能影响海洋碳出口。”
在他们的研究中，该团队重点分析了塔拉海洋联盟收集的浮游生物样本中检测到的RNA病毒，这是一项正在进行的全球研究，在塔拉号帆船上进行，旨在研究气候变化对海洋的影响。这项国际努力的目标是通过了解生活在海洋中的生物体来可靠地预测海洋将如何应对气候变化，这些生物体吸收了大气中人类产生的一半碳并产生了一半氧气。我们呼吸。
尽管这些海洋病毒不会对人类健康构成威胁，但它们的行为与所有病毒一样，每种病毒都会感染另一种生物体，并利用其细胞机制复制自身。尽管结果总是被认为对宿主不利，但病毒的活动可能会给环境带来好处，例如帮助驱散有害的藻华。定义它们在生态系统中的位置的诀窍是计算技术的发展，该技术可以从基因组片段中获取有关RNA病毒功能和宿主的信息，而按照基因组学标准，这些片段一开始就很小。“我们让数据作为我们的指导，”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-韦尔塔博士说。
该团队对44,000个序列的统计分析揭示了病毒群落的结构模式，该团队用于将RNA病毒群落分配到四个生态区，这主要取决于深度，在较小程度上取决于纬度变化：北极、南极、温带和热带表层(最接近地表，发生光合作用的地方)，以及温带和热带中深层(200-1,000米深)。这些区域与研究人员之前确定的近200,000种海洋DNA病毒物种的区域分配非常匹配。
有一些惊喜。扎耶德表示，虽然在赤道附近较温暖的地区生物多样性往往会扩大，而在较冷的两极附近则会下降，但基于网络的生态相互作用分析显示，北极和南极地区RNA病毒物种的多样性高于预期。“就多样性而言，病毒并不关心温度，”他说。“在极地地区，病毒和细胞生命之间存在更明显的相互作用。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宿主。我们看到的宿主种类较少，但感染同一宿主的病毒种类较多。”
该团队使用了多种方法来识别可能的宿主，首先根据海洋浮游生物中病毒的分类来推断宿主，然后根据病毒和宿主的数量如何“共同变化”进行预测，因为它们的丰度取决于彼此。第三个策略包括寻找RNA病毒整合到细胞基因组中的证据。虽然大多数dsDNA病毒被发现感染海洋中丰富的细菌和古细菌，但这项新分析发现RNA病毒主要感染真菌和微生物真核生物，并在较小程度上感染无脊椎动物。只有一小部分海洋RNA病毒会感染细菌。
“虽然这些结果只提供了广泛的分类单元等级宿主预测，因为在硅片中对RNA病毒的宿主推论尚未确定，但它们表明具有生态意义的多种生物体的感染，主要是原生生物和真菌，以及较小程度的无脊椎动物后生动物”，调查人员指出。“……其中几个
宿主，包括某些无脊椎动物后生动物，特别是原生生物和真菌，也被认为是生物碳泵的关键贡献者。尽管宿主预测具有挑战性，但这些发现为之前较小规模的工作提供了支持，表明RNA病毒是海洋中的核心生态参与者。”
多明格斯-韦尔塔说：“我们正在研究的病毒不会将自身插入宿主基因组中，但许多病毒是偶然整合到基因组中的。当它发生时，这是有关宿主的线索，因为如果你在宿主基因组内发现病毒信号，那是因为在某个时刻病毒就在细胞内。”
该分析还出乎意料地发现了72个可辨别的功能不同的辅助代谢基因(AMG)，这些基因散布在95种RNA病毒中，这为了解这些病毒感染哪些类型的生物体以及它们试图重新编程哪些代谢过程提供了一些最佳线索。以最大限度地“制造”海洋中的病毒。研究小组报告称：“从功能上来说，72AMG类型多种多样，只有4例与之前报道的RNA病毒基因组中的12种AMG重叠。”
进一步的基于网络的分析确定了1,243种与碳输出相关的RNA病毒物种，并且非常保守地认为，有11种病毒被认为与促进向海底的碳输出有关。其中，两种与藻类宿主相关的病毒被选为最有希望的后续目标。土木、环境和大地测量工程教授、俄亥俄州立大学微生物组科学中心创始主任沙利文说：“建模已经发展到我们可以从这些大规模基因组调查中获取大量基因并绘制代谢图的阶段。”。