Зараженный океан: армия водяных вирусов угрожает планете

В капле морской воды содержится несколько миллионов микроорганизмов, большинство из которых даже трудно назвать живыми, но именно они могут влиять на изменение земного климата. РИА Новости разбирается, чем опасны морские вирусы и стоит ли с ними бороться.

Микроорганизмы размером с 60 галактик

В 1989 году ученые из Бергенского университета решили посмотреть через трансмиссионный электронный микроскоп на материал, осажденный из морской воды. https://www.nature.com/articles/340467a0";>Результат был ошеломительный: выяснилось, что в одном миллилитре пробы обитает около 250 миллионов вирусов — в сто раз больше, чем считалось прежде, когда вирусные частицы изучали на искусственно культивируемых бактериальных газонах.

"Дальнейшие работы дали еще более потрясающие результаты. Вирусы оказались самыми многочисленными организмами, обитающими в Мировом океане, — их счет идет на квинтиллионы (10³⁰). Если поставить все морские вирусные частицы в цепочку, она растянется на 60 галактик", — рассказывает доктор биологических наук Елена Лихошвай, профессор, заведующая отделом ультраструктуры клетки Лимнологического института Сибирского отделения Российской академии наук.

Современные методы расшифровки ДНК еще сильнее изменили представления о числе и разнообразии вирусов, живущих на планете. В 2016 году ученые из Объединенного института генома в Калифорнии и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли проанализировали огромный объем данных, полученных после метагеномного секвенирования образцов из трех тысяч географических точек, — это были морские, пресноводные и наземные экосистемы. Исследователи https://www.nature.com/articles/nature19094";>обнаружили свыше 125 тысяч участков вирусных ДНК, что увеличило число известных вирусных генов в 16 раз.

Неприхотливые и очень живучие

Микроорганизмов в Мировом океане гораздо больше, чем рыб и морских млекопитающих. По некоторым https://oceanexplorer.noaa.gov/facts/marinemicrobes.html";>данным, на них приходится до 98 процентов всей океанической биомассы. И самые многочисленные — вирусы. Каждую секунду они https://www.nature.com/articles/nrmicro2644";>заражают триллиарды (10²³) морских обитателей и таким образом ежедневно истребляют до 20 процентов океанической биомассы.

При этом вирусы отличаются крайней живучестью и неприхотливостью. Они могут существовать в широком диапазоне температур и в самых неблагоприятных условиях. Например, вирус морской диатомеи (Chaetoceros debilis CdebDNAV) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4454000/";>продолжает заражать и при минус 196 градусах Цельсия. Цианофаги сохраняются в осадках до ста лет, а гигантский вирус амеб Pithovirus sibericum возрастом 30 тысяч лет, не так давно обнаруженный в вечной мерзлоте, все еще был способен http://www.pnas.org/content/111/11/4274?ijkey=7cf0773d8c788b9425f4bf777f0014bb333aaa35&;amp;keytype2=tf_ipsecsha">инфицировать микроорганизмы.

Кроме того, долгое время считалось, что каждый вирус охотится только на узкую группу внутри микробного сообщества — бактерии того или иного вида. Однако американские ученые https://www.nature.com/articles/nature01929";>показали, что морские вирусы не столь привередливы в еде и могут инфицировать микроорганизмы разных родов.

Никто не избежит заражения

Эти цифры и факты вовсе не значат, что отпуск на море граничит с самоубийством. Только одна шестидесятая часть всех вирусных частиц, обитающих в воде, опасна для человека. От некоторых страдают рыбы и морские млекопитающие, но основная их добыча — микробы, играющие важную роль в формировании земного климата.

"Известно, что после атаки вируса в геноме бактерии остаются последовательности CRISPR — небольшие повторяющиеся отрезки генома, разделенные нетранскрибируемыми участками ДНК, заимствованными из чужеродных генетических элементов. Они обеспечивают "иммунитет" к повторной инфекции, и по их наличию в геноме бактерии можно заключить, что она уже была заражена определенным фагом. CRISPR обнаружены у 40 процентов бактерий и 90 процентов архей", — говорит Елена Лихошвай.

По некоторым http://www.pnas.org/content/110/24/9824/tab-article-info";>данным, цианобактерии, благодаря которым на Земле когда-то появился кислород, и другие микроскопические морские фотосинтетики сегодня потребляют примерно половину всего выделяемого в атмосферу углекислого газа. Поэтому вирусы-бактериофаги, атакующие и истребляющие их, могут играть значительную роль в процессах глобального потепления. Впрочем, пока в научном мире нет единого мнения о том, с каким знаком это влияние — плюсом или минусом.

Санитары моря

Как https://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(16)30359-1">выяснили исследователи из Уорикского университета, вирусное заражение действительно сказывается на фотосинтетических способностях цианобактерий — фиксация углекислого газа (то есть его превращение в углеродные соединения) в бактериальной культуре замедляется после атаки бактериофагов почти в пять раз. По приблизительным оценкам, в результате инфицирования микроорганизмов в атмосфере ежегодно остаются непоглощенными до пяти миллиардов тонн углерода — это десять процентов всего углерода, фиксируемого Мировым океаном.

Впрочем, некоторые ученые https://www.nature.com/articles/ismej200831";>указывают, что после уничтожения бактерий вирусами останки микроорганизмов погружаются на глубину, где процессы, приводящие к выделению углекислого газа, сильно замедленны. Там они выделяют железо, фосфор и некоторые другие элементы, необходимые для питания фитопланктона. Фитопланктон разрастается и поглощает еще больше углекислого газа.

"Согласно новой схеме глобального круговорота органического вещества и биогенных элементов водных экосистем, вириопланктон (совокупность всех вирусов, обитающих в Мировом океане) влияет на многие биогеохимические и экологические процессы, включая цикл питания, дыхания и распределение веществ в различных звеньях экосистемы. В оценках круговорота углерода и азота необходимо учитывать роль вирусов, так как они — важная часть пищевых сетей, регулирующая глобальные биогеохимические циклы", — резюмирует Елена Лихошвай.

По материалам https://ria.ru/science/20180819/1526744153.html";>РИА Новости