Вирусы играют в углеродном цикле Земли куда более активную роль, чем считалось ранее. Как показало сложное и методологически качественное исследование в журнале Nature Communications, они заражают и контролируют микробов, отвечающих за продукцию органического углерода в крупнейших и самых темных экосистемах планеты.
Вирусы работают в темноте
Водные экосистемы ежегодно поглощают около 2,5 гигатонн атмосферного углерода, выполняя роль критического буфера на пути изменения климата. Ученым давно известно, какой вклад вносят в этот процесс микроорганизмы, использующие солнечный свет. Однако о том, что происходит в обширных безжизненных глубинах, известно гораздо меньше.
Исследователи из Университета Северной Каролины в Шарлотте обнаружили вирусы, активно заражающие хемоавтотрофов — микробов, которые добывают энергию без участия солнечного света и образуют основу пищевых сетей в этих темных средах.
Путь углерода от микробов к вирусам
Объединив метагеномику с методом изотопных меток, научная группа проследила, как углерод переходит из окружающей среды в микробную ДНК, а затем в вирусы, которые этих микробов заражают. Оказалось, вирусы целенаправленно атакуют редкие, но чрезвычайно продуктивные популяции микроорганизмов, обеспечивающие фиксацию углерода в этих экосистемах.
«Эти микробы могут быть немногочисленны, но они выполняют непропорционально большую часть работы, поддерживая само основание пищевой сети. Мы выяснили, что вирусы "бьют" именно по ним, а это серьезно меняет картину циркуляции углерода в таких экосистемах», — говорит заведующая лабораторией микробной экологии Элейн Луо, руководившая исследованием.
Глобальное значение для круговорота углерода
В центре внимания исследования оказались хемоавтотрофные бактерии, которые используют серу и водород в качестве источника энергии для фиксации углерода. Эти организмы широко распространены по всему миру — от глубоководных гидротермальных источников до бедных кислородом прибрежных вод. Однако вирусы, поражающие их, до сих пор в значительной степени ускользали от обнаружения.
Отслеживая изотоп углерода ¹³С в геномах бактерий и вирусов, исследователи смогли напрямую связать вирусы с их хозяевами, преодолев давнее ограничение экологической микробиологии. Результаты позволяют предположить, что вирусная инфекция помогает регулировать численность этих микробных популяций и ускоряет высвобождение углерода, возвращая его в круговорот.
Масштаб этого процесса огромен. По оценкам, вирусная активность перерабатывает около 150 гигатонн углерода в год. Это примерно в 25 раз превышает объем углерода, который переносится биологическим насосом океана, связывающим углерод в глубоководных осадках.
«Это исследование меняет наши представления об углеродном цикле в огромных морских экосистемах, расположенных ниже освещенного солнцем слоя океана. Вирусы здесь не просто часть системы — они активно эту систему формируют», — заключила Луо.
Новый гигантский вирус дал подсказки к тайне происхождения сложной жизни
Найдены секретные борцы с выбросами углерода — бобры
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX