研究發(fā)現(xiàn)病毒在海洋食物網(wǎng)中起著關(guān)鍵作用

病毒.這個詞讓人聯(lián)想到疾病和對疫情爆發(fā)的恐懼。然而，在海洋中，并非所有地方都如此病毒是壞消息。

有些魚類在維持海洋生物方面發(fā)揮著有益甚至關(guān)鍵的作用。

在一項新研究中，我和一個國際科學(xué)家團隊研究了海洋生物的行為病毒存在于一大片富含氧氣的水域就在大西洋表面之下。我們在那里發(fā)現(xiàn)的——以及它在食物網(wǎng)中的作用——以全新的視角展現(xiàn)了海洋病毒。

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研究如此微小的東西

病毒是極其小，直徑通常不超過數(shù)十納米，幾乎是細(xì)菌的一百倍，也是一縷頭發(fā)寬度的千分之一。

事實上，病毒非常微小，以至于用傳統(tǒng)顯微鏡無法觀察到。

幾十年前，科學(xué)家們認(rèn)為海洋病毒是既不豐富，也不具生態(tài)意義盡管病毒對人類、植物和動物具有明顯的相關(guān)性。

隨后，20世紀(jì)80年代末透射電子顯微鏡的進(jìn)步改變了一切。科學(xué)家們能夠以極高倍率觀察海水并看到含有DNA的微小圓形物體。這些是病毒，每毫升水的病毒數(shù)量達(dá)數(shù)千萬，是過去估計的數(shù)萬倍。

關(guān)于病毒如何滋養(yǎng)海洋世界的理論

大多數(shù)海洋病毒感染微生物的細(xì)胞——這些細(xì)菌和藻類構(gòu)成海洋食物網(wǎng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)大約產(chǎn)生的氧氣的一半在這顆星球上。

到了1990年代末，科學(xué)家們意識到病毒活動很可能正在塑造碳和養(yǎng)分在海洋系統(tǒng)中的循環(huán)。我們假設(shè)了，在所謂的病毒分流模型海洋病毒會破壞微生物細(xì)胞，釋放其碳和養(yǎng)分到水中。

這一過程可能增加營養(yǎng)物質(zhì)到達(dá)海洋浮游植物的數(shù)量。浮游植物為磷蝦和魚類提供食物，而這些魚類又為跨洋的大型海洋生物提供食物。這意味著病毒對驅(qū)動龐大食物網(wǎng)至關(guān)重要全球漁業(yè)與水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)近2億公噸海鮮。

觀看病毒的實際運作

在期刊上的新研究中自然傳播由生物學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)娜奧米·吉爾伯特以及丹尼爾·穆拉托雷，我們的國際團隊演示了病毒分流的實際作用.

團隊從一條覆蓋亞熱帶大西洋數(shù)百英里的厚氧帶中采集了樣本。在這個地區(qū)，部分地區(qū)薩加索海，被稱為前葉球菌在海洋光合作用中占主導(dǎo)地位，每毫升海水中有近5萬到10萬個細(xì)胞。這些前葉球菌可以被病毒感染。

通過測序群落RNA——細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳指令的分子——我們的團隊能夠同時觀察到幾乎所有病毒及其宿主都在嘗試做什么。

我們發(fā)現(xiàn)，這片富含氧氣的海洋區(qū)域的病毒感染率大約為四倍高相比于周圍海洋的其他區(qū)域，藍(lán)藻繁殖速度較慢。我們觀察到的病毒導(dǎo)致大規(guī)模感染前葉球菌.

病毒攻擊細(xì)胞并泄漏有機物，細(xì)菌吸收并利用這些物質(zhì)為新生長提供能量。細(xì)菌通過呼吸排出碳，釋放氮為銨。

而這種氮似乎在刺激光合作用和更多生物的生長前葉球菌細(xì)胞的產(chǎn)生量增加，形成氧帶。

病毒感染對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了影響。

理解微觀世界很重要

病毒可能對人類和動物健康造成急性、慢性甚至災(zāi)難性的影響。但這項新研究得益于國家科學(xué)基金會支持的公海考察，補充了越來越多的研究成果病毒是生態(tài)系統(tǒng)運作的核心角色，包括扮演在深海中儲存碳.

我們生活在一個不斷變化的星球上。監(jiān)測和應(yīng)對環(huán)境變化需要理解驅(qū)動全球過程的微生物及其機制。

這項新研究提醒我們，深入探索微觀世界的重要性——包括塑造微生物命運的病毒生命以及地球系統(tǒng)的工作原理。

史蒂文·威廉微生物學(xué)教授，田納西大學(xué)以及約書亞·韋茨，生物學(xué)教授，馬里蘭大學(xué)

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