Собрав и повторно изучив более 5600 оценок популяций микробных клеток и вирусов океана, зарегистрированных за последние 25 лет, исследователи обнаружили, что вирусные популяции сильно различаются от места к месту и на разных глубинах моря. В исследовании подчеркивается еще один источник неопределенности, регулирующий климатические модели и другие биогеохимические показатели.
«Что было удивительно, так это то, что не было постоянной зависимости, как люди предполагали, между количеством микробных клеток и количеством вирусов», – сказал Джошуа Вейц, доцент Школы биологии Технологического института Джорджии. один из двух старших соавторов статьи. «Поскольку вирусы являются паразитами, предполагалось, что их количество будет линейно изменяться в зависимости от количества микробов. Мы обнаружили, что это соотношение не остается постоянным, а систематически уменьшается по мере увеличения количества микробов."
Исследование, в котором приняли участие авторы из 14 различных институтов, было инициировано в рамках рабочей группы Национального института математического и биологического синтеза (NIMBioS) при поддержке Национального научного фонда. Исследование было проведено при дополнительной поддержке Фонда Берроуза Велкома и Фонда Саймонса. Совместно с исследованием руководил Стивен Вильгельм, профессор микробиологии Университета Теннесси в Ноксвилле.
В наборах данных, изученных исследователями, соотношение вирусов к микробам варьировалось примерно от 1 до 1 и от 150 до 1 в поверхностных водах и от 5 до 1 и от 75 до 1 в более глубоких водах океана.
В течение многих лет ученые использовали исходное соотношение 10: 1 – в десять раз больше вирусов, чем микробов, – что может неадекватно отражать условия во многих морских экосистемах.
«Морская среда, в которой вирусов в 100 раз больше, чем микробов, может иметь совсем другие показатели микробной переработки, чем среда с гораздо меньшим количеством вирусов», – сказал Вайц. «Наше исследование действительно начинает ставить под сомнение представление о единой экосистемной роли вирусов."
Ключевой мишенью для вирусов являются цианобактерии – морские микроорганизмы, которые получают свою энергию посредством фотосинтеза в процессе, который выводит углерод из атмосферы.
Что происходит с углеродом, который удаляют эти крошечные организмы, может зависеть от того, съедены ли они более крупными пасущимися существами или же погибнут от вирусных инфекций.
Когда эти цианобактерии умирают от инфекций, их углерод, вероятно, останется в верхней части водной толщи, где он может питать другие микроорганизмы. Если их съедят более крупные существа, их углерод, вероятно, погрузится в более глубокий океан, так как животные умирают или выделяют углерод с фекалиями.
«Вирусы играют роль в отводе части углерода из глубин океана и удержании его на поверхности океана», – сказал Вильгельм. «Количественная оценка силы вирусного шунта остается жизненно важной проблемой."
Когда большинство людей думают о вирусах, на ум приходят грипп и корь, но большая часть вирусов в мире на самом деле заражает микроорганизмы. По оценкам, один литр морской воды обычно содержит более десяти миллиардов вирусов.
Чтобы лучше понять эту популяцию, исследователи провели метаанализ данных о численности микробов и вирусов, которые собирались за несколько десятилетий, включая наборы данных, собранные многими соавторами, чьи лаборатории находятся в США, Канаде и Европе. Данные были получены с использованием различных методов, включая эпифлуоресцентную микроскопию и проточную цитометрию.
Объединив данные, собранные 11 различными исследовательскими группами, исследователи создали общую картину из множества более мелких. Статистические взаимосвязи между вирусами и микробными клетками, проанализированные первым автором Чарльзом Вигингтоном из Технологического института Джорджии и вторым автором Дереком Сондереггером из Университета Северной Аризоны, показывают диапазон вариаций.
Доступные данные предоставляют информацию об изобилии вирусных частиц, а не об их разнообразии. Вирусы избирательны в отношении микробов-мишеней, а это означает, что истинные уровни заражения требуют нового внимания к сетям вирусно-микробного заражения.
«Дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на изучении взаимосвязи между океанскими микроорганизмами и вирусами в масштабе соответствующих взаимодействий, – сказал Вайц, – и необходимы дополнительные исследования океана, чтобы заполнить многие пробелы в этой критической части углеродного цикла. Действительно, вирусные инфекции микробов могут изменить поток углерода и питательных веществ в глобальном масштабе."